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碳酸钠,俗名苏打,纯碱 ,洗滌鹼 ,化学式:Na2CO3,普通情况下为白色粉末,为强电解质。密度为2.532g/cm3,熔点为851℃,易溶于水,具有盐的通性。
[编辑] 製取方法
由氨、二氧化碳和饱和食盐水共同制得,称为联合製碱法,是中国化学家侯德榜在氨碱法的基础上改进而成,该法在世界博览会上获得金制奖章。在北美,由于有大量天然碳酸钠矿藏存在,用天然的碱人工加工精制是製取碳酸钠的主要手段。碳酸钠是化学及工业中的重要原材料。2003年,中国碳酸钠产量已经超过美国跃居世界第一。
在联合制碱法发明以前,氨碱法(ammomia soda process,亦稱為索爾維製碱法)应用最为广泛。是比利时人歐內斯特·索爾維於1862年發明的。
反应分三個步驟进行:
NH3+CO2+H2O→NH4HCO3
NH4HCO3+NaCl→NaHCO3+NH4Cl
2NaHCO3→Na2CO3+CO2 +H2O
反应生成的CO2可以回收再用,而NH4Cl又可以与生石灰反应,产生NH3,重新作为原料使用:2NH4Cl+CaO→2NH3+CaCl2+H2O
氨碱法使生产实现了连续性生产,食盐的利用率得到提高,产品质量纯净,因而被称为「纯碱」,但最大的优点还在于成本低廉。
1867年索尔维设厂制造的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章,此法被正式命名为索尔维法。此时,纯碱的价格大大下降。消息传到英国,正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司取得了两年独占索尔维法的权利。1873年哈琴森公司改组为卜内门公司,建立了大规模生产纯碱的工厂,后来,法、德、美等国相继建厂。这些国家发起组织索尔维公会,设计图纸只向会员国公开,对外绝对保守秘密。凡有改良或新发现,会员国之间彼此通气,并相约不申请专利,以防泄露。除了技术之外,营业也有限制,他们采取分区售货的办法,例如中国市场由英国卜内门公司独占。由于如此严密的组织方式,凡是不得索尔维公会特许权者,根本无从问津氨碱法生产详情。直至19世纪初,许多国家要想探索索尔维法奥秘的厂商,无不以失败而告终。直至有關專利告終,此制作方法才大白於世。
天然碱
日常生活制作食品和洗涤常用碱,工业生产中碱是重要的基本化工原料。在没有人工合成碱之前,使用的都是取自天然的植物碱或矿物碱。
我国农村历来将柴草烧后的草木灰叫作小灰(石灰称为大灰),放在筐子中经水淋,可得灰水,其中含有钾碱,俗名草碱。洗涤衣物就是利用它的强碱性。有些植物,特别是生长在盐碱地的植物,能吸收土壤中较多的钠离子(Na+)。用它们烧成的灰含有较多的碱(碳酸钠)。例如,我国新疆有一种叫异叶杨的树,可用于提碱。这种碱称为草木碱。
天然的矿物碱主要来自碱湖和固体碱矿。它们是最主要的天然碱资源。通常所说的天然碱,是指主要化学成分为碳酸钠和碳酸氢钠的一类矿物。倍半碳酸钠(Na2CO3·NaHCO3·2H2O),是常见的典型天然碱矿物,故有时专称它为天然碱,又叫做碱石。我们知道,碳酸钠和碳酸氢钠都是无机盐,只因溶于水产生氢氧根离子OH-显强碱性,才称为碱。
我国已发现天然碱矿产地有152处,储量近4亿吨。以内蒙古的碱湖最多,西藏高原是现代盐碱湖的集中地。地处中原的南襄盆地是古代天然碱的重要产地。河南吴城古碱矿,全矿碳酸钠平均含量为41.68%,碳酸钠储量1769.5万吨,是我国储量最大的矿床;其次是内蒙古的查干诺尔碱矿。内蒙古碱湖所产的天然碱,过去是北方主要的生活用碱,在张家口一带经销,称为口碱。
天然碱含有多种杂质,要加工成纯净的碱类产品,首先制成碱液,而后根据碱液组成用适当加工方法制成纯碱、烧碱、小苏打等制品。例如,可以用下面谈到的索尔维制碱法,由天然碱液制得纯碱。在制小苏打(碳酸氢钠NaHCO3)时,可用碳化法,即使烧石灰产生的二氧化碳与天然碱液中的碳酸钠反应:
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3