Натрий карбонаты

Төҫһөҙ кристалдар йәки аҡ онтаҡ формаһына эйә. Бер нисә төрлө модификацияла бар: моноклин кристалл рәшәткәле α модификацияһы 350 °C тиклем температурала барлыҡҡа килә, артабан, был температуранан юғарыраҡ һәм 479 °C тиклем йылытҡанда, β модификацияһына күсә, ул шулай уҡ моноклин кристалл рәшәткәһенә эйә. Натрий карбонаты моногидраты Моос шкалаһы буйынса ҡатылыҡ 1,3 тәшкил итә^[2]. Температураһы 479°C-ҙан юғарыраҡ күтәрелгәндә берләшмә гексагональ рәшәткәле γ-модификацияһына күсә. 854 °C ирей, 1000 С юғарыраҡ йылытҡанда натрий оксиды һәм углерод диоксиды барлыҡҡа килтереп тарҡала^[3]

Натрий карбонатының кристаллогидраттары төрлө формаларҙа осрай: төҫһөҙ моноклинлы Na₂CO₃·10H₂O 32,017 °C температурала төҫһөҙ ромб формаһына күсә, Na₂CO₃·7H₂O һуңғыһы 35,27 °C тиклем йылытҡанда төҫһөҙгә әйләнә. 100−120 °C моногидрат һыуҙы юғалта.

Натрий карбонатының үҙсәнлектәре

параметр	һыуһыҙ натрий карбонаты	декагидрат Na2CO3·10H2O
молекуляр масса	105,99 массаның атом берәмеге	286,14 м. а. б.
иреү температураһы	854 °C	32 °C
иреүсәнлек	иремәүсәнлек ацетонда һәм көкөрт углеродында; аҙ иреүсәнлек этанолда; яҡшы ирей глицеринда һәм һыуҙа
тығыҙлыҡ] ${\displaystyle \rho }$	2,53 г/см³ (при 20 °C)	1,446 г/см³ (при 17 °C)
стандарт энтальпия ΔH	−1131 кДж/моль (т) (при 297 К)	−4083,5 кДж/моль ((т) (при 297К)
стандарт Гиббс энергияһы G	−1047,5 кДж/моль (т) (при 297 К)	−3242,3 кДж/моль ((т) (при 297К)
стандарт энтропия S	136,4 Дж/моль·K (т) (при 297К)
стандарт моль йылылыҡ ҡеүәте Cp	109,2 Дж/моль·K (жг) (при 297К)

Һыуҙағы эретмәлә натрий карбонаты гидролизлана, был мөхиттең һелтеле реакцияһын тәьмин итә. Гидролиз тигеҙләмәһе (ион формаһында):

${\displaystyle {\mathsf {CO_{3}^{2-}+H_{2}O\rightleftarrows HCO_{3}^{-}+OH^{-}}}}$

Углерод кислотаһының тәүге диссоциация константаһы — 4,5⋅10-7. Күмер кислоталарына ҡарағанда көслөрәк башҡа кислоталар уны натрий карбонаты менән реакцияла ҡыҫырыҡлап сығара. Углерод кислотаһы бик тотороҡһоҙ булғанлыҡтан, шунда уҡ һыуға һәм углекислый газға тарҡала:

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}$

Натрий карбонатын төрлө өс гидрат һәм һыуһыҙ тоҙ рәүешендә айырырға мөмкин:

• декагидрат натрий карбонаты (натрон), Na₂CO₃·10H₂O
• натрий карбонаты гептагидраты (минераль формаһы билдәһеҙ) Na₂CO₃·7H₂O
• натрий карбонаты моногидраты (термонатрит),Na₂CO₃·H₂O
• һыуһыҙ натрий карбонаты, шулай уҡ калцийланған сода булараҡ та билдәле, гидрат йылытҡанда барлыҡҡа килә. Шулай уҡ натрий бикарбонатын йылытыу (кальцинация) ярҙамында барлыҡҡа килә, мәҫәлән, Сольвей процесының һуңғы стадияһында.

Декагидрат температура диапазонында −2,1 -ҙән +32,0 °C тиклем кристаллашҡан, тар диапазонда 32,0 -ҙән 35,4 °C-ҡа тиклем тар диапазонда кристаллашҡан акватор иретмәләренән барлыҡҡа килә һәм ошо температуранан юғарыраҡта моногидрат барлыҡҡа килә^[4].

Ҡоро һауала декагидрат һәм гептахидрат һыу юғалта .һәм моногидрат барлыҡҡа килә. Башҡа гидраттар тураһында, мәҫәлән, натрий карбонаты берәмегенә 2,5 берәмек һыу («пентагемигидрат»).

Сода тәбиғәттә көлдә, ҡайһы бер диңгеҙ ылымыҡтарында, шулай уҡ минералдар рәүешендә осрай:

• нахколит NaHCO₃
• трона Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O
• натрит (сода) Na₂CO₃·10H₂O
• термонатрит Na₂CO₃·Н₂O.

Рәсәйҙә билдәле минераль сода күлдәре Байкал аръяғында^[5] һәм Көнбайыш Себерҙә. Танзанияла Натрон күле һәм Калифорнияла Сэрлес күле ҙур билдәлелек менән файҙаланыла.

Сәнәғәт әһәмиәтенә эйә булған трона (икенсе атамаһы — Мысыр тоҙо) 1938 йылда Грин-Риверҙың эоцен ҡатламы составында асыла (Вайоминг, АҠШ).Трона менән бергә был ултырма ҡатламдарҙа элек һирәк осрай торған файҙалы ҡаҙылмалар, шул иҫәптән сода һәм алюмин (глинозём) етештереү өсөн сеймал булып һаналған давсонит табылған. АҠШ-та тәбиғи соданы Вайомингта — 4, Калифорнияла 1 компания сығара, яртыһына яҡыны экспортҡа сығарыла. Донъяла файҙаланылған соданың дүрттән бер өлөшө тиерлек тәбиғи сығанаҡтарҙан алына, шуларҙың 90 проценты Америка ҡушма штаттарында сығарыла.

XIX быуат башына тиклем натрий карбонаты күбеһенсә ҡайһы бер диңгеҙ ылымыҡтарының, яр буйы һәм татырлы үҫемлектәрҙең көленән аҙ ирегән һелтенән NaHCO₃ сағыштырмаса кристаллаштыу юлы менән алынған.

Барилла һәм ылымыҡтар

Галофит-үҫемлектәрҙең һәм диңгеҙ ылымыҡтарының ҡайһы бер төрҙәре натрий карбонатының таҙартылмаған формаһын алыу өсөн эшкәртелергә мөмкин. Кальцийланған сода алыу өсөн был сәнәғәт сығанағы Европала һәм башҡа илдәрҙә XIX быуат башына тиклем өҫтөнлөк иткән.

Ер өҫтө үҫемлектәрен (ғәҙәттә ингл. saltwort-)) йәки ылымыҡтарҙы (ғәҙәттә, фукус төрҙәрен) йыйып киптергәндәр һәм яндырғандар. Һуңынан көлдө, һелтеле эретмә барлыҡҡа килтереп, «һелтеһеҙләндергәндәр» (һыу менән йыуып алалар). Был эретмә «кальцийланған сода» тип аталған һуңғы продуктты булдырыу өсөн киптерелгәнгә тиклем ҡайнатҡандар; был бик боронғо атама «Soda» ғәрәп һүҙенән килеп сыҡҡан. Был, үҙ сиратында, «тоҙ содаһына» ҡағыла, ул эшкәртеү өсөн йыйылған яр буйы үҫемлектәренең күп төрҙәренең береһе. «Барилла» — яр буйы үҫемлектәре йәки ылымыҡтарҙың көлөнән алынған натрий карбонатының техник формаһына ҡулланылған коммерция термины^[6].^[7]

Кальцийланған содала натрий карбонатының концентрацияһы бик күп төрлө була: диңгеҙ ылымыҡтарынан алынған форма өсөн 2-3 проценттан («ламинария») Испанияла тоҙло үләндән (ингл. saltwort) алынған иң яҡшы барилла өсөн 30 процентҡа тиклем. Кальцийланған сода сығанаҡтары, шулай уҡ уның менән бәйле үҫемлектәрҙән һәм диңгеҙ ылымыҡтарынан торған һелте «поташ» XIX быуат аҙағында кәмегәндән-кәмей бара, һәм аш тоҙонан һәм башҡа таралған химик реагенттарҙан кальцийланған сода синтезлауҙың коммерцияға яраҡлы юлдарын эҙләү башлана.

Нефелин мәғдәненән

Рәсәй ғалимдары нефелин (Na,K)AlSiO₄) концентратынан глинозём (алюмин оксиды) алыу процесын уйлап тапҡандар^[1]Эшкәртеү барышында нефелин һәм эзбизташтан цемент, кальцийланған сода, поташ һәм алюмин алына. Нефелин эзбизташ менән һуғарылған, ә продукт алюмин оксидын, кальцийланған сода һәм калий оксидын сығарыу өсөн эшкәртелә. Артабан, эретмә , цемент етештереү өсөн «белитовый шлам» (ваҡланған сеймал йәки ҡалдыҡтар) ҡулланыла.^[1]

Нефелиндар менән уран сығарылған апатит һәм титан-ниобий мәғдәндәре ятҡылыҡтары бәйле.

Файҙалы ҡаҙылма сифатында

Төркиәлё тринатрийгидрогендикарбонат дигидраты (Na₃HCO₃CO₃·2H₂O) сығарыла. Анкара янындағы Бейпазары ҡалаһында тронаның иң бай ятҡылығын үҙләштереүҙе Ciner Holding төркөмөнә ингән Eti Soda^[en] компанияһы башҡара. Анкара янындағы ятҡылыҡтан ике миллион тонна кальцийланған сода сығарыла.

Уны шулай уҡ Кениялағы Магади күле кеүек ҡайһы бер һелтеле күлдәрҙән дә алалар. Ҡайнар тоҙло һыу сығанаҡтары күлдәге тоҙ запасын даими тулыландырып тора, шуға күрә һыу төбө эштәренең тиҙлеге тулыланыу тиҙлегенән артмаған осраҡта, тоҙ сығанаҡтары тулыһынса тотороҡло булып ҡала. Американың бер нисә районында сығарыла һәм натрий карбонаты эске тотоноуҙы тәьмин итә. 1938 йылда Грин-Ривер ятҡылығы (Вайоминг штаты) янында табылған ҙур тәбиғи ятҡылыҡтар, Төньяҡ Америкалағы сәнәғәт производствоһына ҡарағанда, тронаны файҙалы ҡаҙылма сифатында эшкәртеүҙе отошлораҡ яһай.

Леблан ысулы

1791 йылда француз химигы Николай Леблан Глаубер тоҙон содаға әйләндереү ысулына патент ала. Шул уҡ ысул буйынса 1000 С тирәһе температурала натрий сульфаты («глаубер тоҙо»), аҡбур йәки эзбизташ (кальций карбонаты) һәм ағас күмере ҡатышмаһы бешерелә. Күмер натрий сульфатын сульфидҡа ҡайтарыла.

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}SO_{4}+2C\rightarrow Na_{2}S+2CO_{2}}}}$

Сульфид натрий кальций карбонаты менән реакцияға инә:

${\displaystyle {\mathsf {Na_{2}S+CaCO_{3}\rightarrow Na_{2}CO_{3}+CaS}}}$

Алынған эретмә һыу менән эшкәртелә, шул уҡ ваҡытта натрий карбонаты эретмәгә күсә, кальций сульфиды фильтрлана, һуңынан натрий карбонаты эретмәһе парға әйләндерелә. Сей соданы яңынан кристаллаштырып таҙарталар. Леблан процесы соданы кристаллогидрат рәүешендә бирә (ҡара: юғарыраҡ), шуға күрә алынған соданы кальцийлау юлы менән һыуһыҙландыралар.

Натрий сульфаты таш тоҙҙо (натрий хлориды) көкөрт кислотаһы менән эшкәртеп алынған:

${\displaystyle {\mathsf {2NaCl+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+2HCl}}}$

Реакция ваҡытында бүленеп сыҡҡан хлорлы водород өлөшләтә һыу ярҙамында тоҙ кислотаһы етештерелә, ләкин тоҙ кислотаһы үҙе һауа бысраныуының төп сығанағы булып ҡала.

Рәсәйҙә ошондай типтағы тәүге сода заводы сәнәғәтсе М. Пранг тарафынан төҙөлә һәм 1864 йылда Барнаулда барлыҡҡа килә.

Сольвеның аҙ сығымлы (күп миҡдарҙа кальций сульфиды ҡалмай) һәм технологик алымы барлыҡҡа килгәндән һуң, Леблан ысулы менән эшләгән заводтар ябыла башлай. 1900 йылға предприятиеларҙың 90 проценты Сольве ысулы менән сода етештерә, ә Леблан алымы менән эшләүсе һуңғы фабрикалар 1920-се йылдар башында ябыла.^[8][9]

Сәнәғәт аммиак ысулы (Сольве ысулы)

1861 йылда Бельгия инженер-химигы Эрнест Сольве сода етештереү ысулын патентлай, был ысул бөгөнгө көнгә тиклем файҙаланыла^[10]

Натрий хлоридының туйындырылған иретмәһенә газ хәлендәге аммиак һәм углерод диоксидының эквимоляр миҡдарын үткәрәләр, йәғни NH₄HCO₃: аммоний гидрокарбонатын индерәләр:

${\displaystyle {\mathsf {NH_{3}+CO_{2}+H_{2}O+NaCl\rightarrow NaHCO_{3}+NH_{4}Cl}}}$

Аҙ иреүсән ҡалдыҡ (100 г һыуға 9,6 г 20 °C) натрий бикарбонаты фильтрлана һәм кальцийлана (һыуһыҙ) 140—160 °C тиклем йылытыу юлы менән, шул уҡ ваҡытта уд натрий карбонатына күсә:

${\displaystyle {\mathsf {2NaHCO_{3}{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}Na_{2}CO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}$

Барлыҡҡа килгән CO₂ етештереү циклына кире ҡайтарыла. Аммоний хлориды NH₄Cl кальций гидроксиды Ca(OH)₂: менән эшкәртелә:

${\displaystyle {\mathsf {2NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}\rightarrow CaCl_{2}+2NH_{3}+2H_{2}O}}}$

Килеп сыҡҡан NH₃ шулай уҡ етештереү циклына кире ҡайтарыла.

Шулай итеп, берҙән-бер етештереү ҡалдығы — кальций хлориды.

Донъяла тәүге ошондай типтағы сода заводы 1863 йылда Бельгияла асыла; Рәсәйҙә бындай типтағы тәүге завод 1883 йылда Урал районы Березники ҡалаһы эргәһендә «Любимов, Сольве һәм Ко» фирмаһы нигеҙләнә. Уның етештереүсәнлеге йылына 20 мең тонна сода тәшкил иткән.

Был алым әлегә тиклем бөтә илдә сода алыуҙың төп ысулы булып ҡала.

Хоу ысулы

1930 йылдарҙа Ҡытай химигы Хоу (Hou Debang) тарафынан уйлап табылған. Сольве процесынан кальций гидроксидын ҡулланмауы менән айырыла.

Хоу ысулы буйынса натрий хлориды иретмәһенә 40 градус температурала углерод диоксиды һәм аммиак бирелә. Реакция барышында аҙ ирегән натрий гидрокарбонаты ултырмаға китә. (Сольве ысулындағы кеүек). Һуңынан эретмә 10 градусҡа тиклем һыуытыла. Шул уҡ ваҡытта ултырма тоҡомдарға аммоний хлориды эләгә, ә эретмә ҡабаттан соданың киләһе порцияларын етештереү өсөн файҙаланыла.

Ысулдарҙы сағыштырыу

Хоу ысулы буйынса өҫтәмә продукт сифатында CaCl₂ урынына Сольве ысулы буйынса NH₄Cl барлыҡҡа килә.

Сольве ысулы Габер процесы барлыҡҡа килгәнгә тиклем әҙерләнә, ул ваҡытта аммиак дефицитта була, шуға күрә уның NH₄Cl регенерацияһы кәрәк була. Хоу ысулы һуңыраҡ барлыҡҡа килә, аммиакты регенерациялау ихтыяжы киҫкен тормай, шуға ярашлы аммиакты айырып алырға түгел, ә уны ҡушыу рәүешендәге азотлы ашлама NH₄Cl итеп файҙаланырға мөмкин була…

Шуға ҡарамаҫтан, NH₄C составында хлор бар. Артыҡ хлор күп үҫемлектәр өсөн зарарлы, шуға күрә ашлама сифатында файҙаланылыу сикләнә. Үҙ сиратында дөгө ярмаһы артыҡ хлорға түҙемле, ә дөгө үҫтереү өсөн NH₄Cl ҡулланылған Ҡытайҙа Хоу ысулы башҡа төбәктәргә ҡарағанда киңерәк файҙаланыла.

Хәҙерге ваҡытта бер нисә илдә яһалма етештерелгән натрий карбонаты Сольве (Хоу ысулын да модификация итеп иҫәпкә алып) алымы буйынса етештерелә, нәҡ Европала яһалма етештерелгән соданың 94 проценты, бөтә донъяла — 84 проценты (2000 йыл).^[11].

Һабын ҡайнатыу һәм кер йыуыу, һәм таҙартыу онтаҡтары, эмаль етештереүҙә, ультрамарин алыу өсөн,, шулай уҡ ул металдарҙы майһыҙландырыу һәм домна суйынын десульфатациялау өсөн ҡулланыла. Натрий карбонаты — NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄ етештереүҙең башланғыс продукты. Тәмәке фильтрҙарында файҙаланырға мөмкин.^[12].

Аҙыҡ-түлек сәнәғәтендә натрий карбонаттары E500 әселекте көйләгес, һәм шыйыҡланыуға ҡамасаулаусы йомшартҡыс сифатында теркәлгән. Натрий карбонаты (кальцийланған сода Na₂CO₃,) — код 500i,, натрий гидрокарбонаты (аҙыҡ содаһы, ҡара: Аҙыҡ-түлек содаһы NaHCO₃) — 500ii, — уларҙың ҡатнашмаһы 500iii.,

Нефть сығарыуҙы арттырыуҙың иң яңы технологияларының береһе булып — АСП һыу ҡойоу тора, унда һыу менән нефть араһындағы үҙ-ара көсөргәнешлекте кәметеү өсөн сода сурфактанттар менән бергә ҡулланыла.

Фотографияла проявителде тиҙәйтеү сараһы булараҡ ҡулланыла^[13].

Быяла етештереүҙә

Натрий карбонаты быяла етештереүҙә ҡулланыла. Натрий карбонаты кремнезём өсөн флюс булып хеҙмәт итә, кремний диоксидының иреү температураһын +2500 °C -ҙән +500 °C. тиклем төшөрә. Эшләп сығарылған быяла һыуҙа бер аҙ ирей, шуға күрә иретелгән ҡатышмаға быяла иремәү өсөн кальций карбонатының тағы 10 проценты өҫтәлә.

Шешәләр һәм тәҙрәләр өсөн быяла (натрийлы-эзбизле быяла) натрий карбонаты, кальций карбонаты һәм кварцлы ҡом (кремний диоксиды (SiO₂)) ҡатышмаларын иретеү юлы менән яһала. Компоненттарҙы йылытҡанда карбонаттар металл оксидтарына (Na₂O и CaO) һәм углерод диоксидына (CO₂) тарҡала. Шулай итеп, натрий карбонаты ғәҙәттәгесә натрий оксиды сығанағы булып тора. Натрий быялаһы быуаттар дауамында быяланың иң ныҡ таралған формаһы булған.

Һыуҙың ҡатылығын кәметеү

Натрий карбонаты пар ҡаҙандары һыуын йомшартыу һәм һыуҙың ҡатылығын кәметеү өсөн ҡулланыла. Ҡаты һыуҙың составына, ғәҙәттә, кальций йәки магний берләшмәләре инә. Натрий карбонаты һыуҙың ваҡытлыса һәм даими ҡатылығын бөтөрөү өсөн файҙаланыла.

Натрий карбонаты — магний Mg²⁺ һәм кальций Ca²⁺ катиондары өсөн һыуҙа эреүсән карбонат-иондар сығанағы. Был иондар карбонат-иондар менән эшкәрткәндә эремәй торған ҡаты ултырмалар барлыҡҡа килтерә:

${\displaystyle {\ce {Ca^2+ + CO3^2- -> CaCO3}}}$

${\displaystyle {\ce {Ca^2+(aq) + Na2CO3(aq) -> CaCO3(s) + 2Na+(aq)}}}$

Оҡшашлыҡ менән, ${\displaystyle {\ce {Mg^2+(aq) + Na2CO3(aq) -> MgCO3(s) + 2Na+(aq)}}}$ Һыу йомшара, сөнки унда артабан эрегән кальций иондары һәм магний иондары юҡ.

Етештереү биналары һауаһында кальцийланған соданың аэрозоле концентрацияһы 2 мг/м3 кимәлендә булыуы ихтимал.^[3] Квльцийланған сода 3-сө класлы хәүефле матдәләргә ҡарай. Кальцийланған соданың аэрозоле дымлы тирегә, күҙ һәм танауҙың лайлалы тиресәһенә эләккәндә ҡуҙғыу тыуҙырыуы мөмкин, ә оҙаҡ тәьҫир иткәндә — дерматит.

Сода — күмер кислотаһының техник натрий тоҙҙарының дөйөм атамаһы.

• Na₂CO₃ (натрий карбонаты) — кальцийланған сода, кер содаһы;
• Na₂CO₃·10H₂O (натрий карбонатының декагидраты , 62,5 % кристалашҡан һыуҙың) — йыуыу өсөн сода; ҡайһы берҙә Na₂CO₃·H₂O йәки Na₂CO₃·7H₂O рәүешендә сығарыла;
• NaHCO₃ (натрий гидрокарбонаты) — аҙыҡ-түлек содаһы, натрий двууглекислый, натрий бикарбонат.

Европа телдәрендә «Сода» (урта быуаттарҙа уны көлдән алғандар) ғәрәп теленән «suwwad» төрлө татырлы тупраҡ төрҙәренең, үҫемлектәрҙең дөйөм атамаһынан килеп сығыуы фаразлана; башҡа версиялар ҙа бар.^[14] Кальцийланған сода (натрий карбонаты) атала, сөнки уны бикарбонаттан алыу өсөн һуңғыһы «кальцийлана» ((лат. calcinatio,) . көйҙөрөү, эзбизде яндырыу процесына оҡшаш), йәғни ныҡ ҡыҙҙырыла.

• Поташ заводтары

• Гурлев Д. С. Справочник по фотографии (обработка фотоматериалов). — К.: Тэхника, 1988.
• Рукк Н. С. Натрия карбонат // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди — Полимерные. — С. 182. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.

• ГОСТ 5100-85 Сода кальцинированная техническая. Технические условия (с Изменением N 1). (неопр.). Государственный комитет СССР по стандартам. Дата обращения: 11 апреля 2019.
• ГОСТ 83-79 Натрий углекислый Технические условия. (неопр.). Государственный комитет СССР по стандартам. Дата обращения: 29 декабря 2021.