Физические и химические свойства натрия

Широкое применение находят и другие соединения натрия:

-- пероксид натрия Na2O2 -- для отбелки шерсти, тканей, шелка и др.;

-- гидроксид натрия NаОН -- один из наиболее важных продуктов химической

промышленности: используется для очистки продуктов переработки нефти, для произ¬водства искусственного волокна, в мыловаренной, бумажной, текстильной и других отраслях промышленности.

Натрий со всеми кислотами образует соли, которые используются в жизни человека и во всех отраслях промышленности:

-- сода кальцинированная (карбонат натрия Nа2СО3) и питьевая (бикарбонат натрия NаНСОз) -- основные продукты химической промышленности;

-- бромид натрия NаВг -- используется в медицине и в фотографии;

-- фторид натрия NаF -- в сельском хозяйстве, для обработки древесины, в производстве эмалей и др.;

-- хлорид натрия NаСl (поваренная соль) -- в технике, медицине, в пищевой

промышленности, для производства соды, едкого натра и др.;

-- дихромат натрия Na2Cr2O7 -- как дубильное вещество и сильный окислитель (хромовую смесь -- раствор дихромата натрия и концентрированной серной кислоты -- используют для мытья лабораторной посуды);

-- нитрат натрия NaNO3 (натриевая селитра) -- в качестве азотного удобрения;

-- силикат натрия NaSiO3 -- растворимое стекло;

-- сульфат натрия Na2SO4 -- в стекольной, кожевенной, мыловаренной, текстильной, целлюлозно-бумажной промышленности;

-- сульфит натрия Na2SO4 и тиосульфат натрия Na2SO3 -- в медицине и фотографии и т.д.

10. Методы синтеза карбоната натрия

Сода Na2CО3 в безводном состоянии представляет собой белый порошок удельного веса 2,4--2,5, который плавится около 850°. В воде сода легко растворяется, причем вследствие образования гидратов растворение сопровождается разогреванием. Важнейший из гидратов, получаемых в твердом состоянии, кристаллическая сода, Na2CO3*10H2O кристаллизуется из водных растворов при температуре ниже 32° в виде больших бесцветных моноклинных кристаллов удельного веса 1,45, которые плавятся в своей же кристаллизационной воде при 32°. Водные растворы соды обнаруживают ярко выраженную щелочную реакцию, так как вследствие слабости угольной кислоты соль подвергается далеко идущему гидролитическому расщеплению.

Помимо декагидрата, существует ромбический гептагидрат, устойчивый при соприкосновении с раствором в температурном интервале 32,017--35,3°, а также ромбический моногидрат, который, согласно Вальдеку (Waldeck, 1932), находясь под раствором при 112,5° и давлении 1,27 атм, переходит в безводную соль. Гептагидрат существует также еще в другой модификации, которая при соприкосновении с водным раствором не устойчива ни при какой температуре.

Сода встречается иногда в природе в водах озер, например в озере Оуэне в шт. Калифорния, общее содержание соды в котором достигает 100 млн. т; сода, правда достаточно грязная, добывается из этого озера в результате испарения воды на солнце. Содовые озера наряду с нейтральным карбонатом содержат прежде всего гидрокарбонат. В некоторых местах осаждается двойное соединение гидрокарбоната с нормальным карбонатом Na2CО3-*Na.HCО3, называемое троной (trona или игао). В водах целебных щелочных источников, например в Карловых Варах, также содержатся Na2CО3 и NaHCOs.

Карбонат натрия содержится в золе некоторых морских водорослей. 100 лет назад соду добывали главным образом из золы растений.

Теперь соду получают почти исключительно способом Солъве (аммиачный способ получения соды). Более старый способ Леблана теперь почти совершенно) не используют. Производство соды путем карбонизации полученной электролизом натровой щелочи в противоположность осуществляемому таким путем производству поташа имеет ограниченное значение. Как было указано, едкий натр, наоборот, часто получают каустификацией соды. В США соду отчасти получают из криолита.

По способу Леблана каменную соль обрабатывали сначала концентрированной серной кислотой, получая сульфат натрия (называемый обычно в технике коротко сульфат) и в качестве важнейшего побочного продукта соляную кислоту 2NaCl + H2SО4 = Na2SО4 + 2HC1.

Затем для получения соды сульфат смешивали с кароонатом кальция (известняк) и углем и сплавляли в пламенной печи. При этом происходили следующие реакции: Na2SО4 + 2С = Na2S + 2СO2; Na2S + СаСO3 = Na2CО3 + CaS.

Соду извлекали из охлажденного сплава выщелачиванием водой, в то время как нерастворимый CaS оставался в качестве малоценного отброса. Способ был разработан Лебланом в 1791 г. на премию Французской академии. Вскоре после этого, сначала в Англии, затем в Германии и Франции, развилась содовая промышленность, которая до 1870 г. основывалась исключительно на процессе Леблана. Только в последнее время процесс Леблана был вытеснен рентабельным способом Сольве.

Способ получения соды по Сольве, или аммиачный способ, основан на образовании сравнительно трудно растворимого гидрокарбоната натрия NaHCО3 в водном NaHCО3 взаимодействием хлорида натрия с гидрокарбонатом аммония в водном растворе NaCl + NH4HCО3 = NaHCО8 + NH4C1.

В технике в почти насыщенный раствор поваренной соли пропускают сначала аммиак, затем двуокись углерода. Образующийся NaHCО3 отфильтровывают и нагреванием (кальцинирование) переводят в Na2CО3 (кальцинированная сода). 2NaHCО3 = Na2С03 + СО2 + Н20.

При этом выделяется половина первоначально взятой двуокиси углерода, и ее снова направляют в процесс. Чтобы вновь получить NH3, в маточный раствор, из которого осаждали гидрокарбонат, пропускают аммиак и водяной пар. Благодаря этому содержащийся там гидрокарбонат аммония переходит сначала в нейтральный карбонат (16) и последний при температурах выше 58° разлагается на двуокись углерода, воду и аммиак [17]. NH4HСО3 + NH3 = (NH4)2 СО3; (NH4)2CО3 = СO2 + H20 + 2NH3.

Аммиак, содержащийся в маточном растворе в виде NH4C1 (около 75% общего количества), выделяется оттуда при добавлении известкового молока 2NH4C1 + Са(ОН)2 = СаС12 + 2Н2О + 2NH3, так что наряду с непрореагировавшим хлоридом натрия единственным отходом является хлорид кальция, который обычно спускают в реки.

Аммиачный способ получения соды был разработан в техническом отношении в 1863 г. бельгийцем Сольве. При этом способе получается очень чистая сода. Аммиачный способ более эффективен, чем способ Леблана, прежде всего потому, что в этом случае расходуется меньше топлива.

Производство соды из криолита применяют в США, правда, в небольших размерах. Способ основан на том, что криолит Na3AlF6 при нагревании до красного каления с известняком разлагается по реакции Na3AlF6 + 3СаСO3 = Na3AlО3 + 3CaF + 3CО2. Полученный таким образом алюминат натрия Na3A1О3 разлагают затем водой и двуокисью углерода

2Na3AlО3 + 3Н20 + 3CО2 = 3Na2CО8 + 2А1(ОН)3. Сода, полученная из криолита, отличается особой чистотой.

Сода является одним из важнейших продуктов химической промышленности. В больших количествах ее используют в стекольном и мыловаренном производствах. Она является также исходным продуктом для получения многих других важных соединений натрия, таких, как едкий натр, бура, фосфат натрия, растворимое стекло и др. Большое количество соды употребляют, кроме того, в прачечных, на бумажных фабриках, в красильном производстве, а также для смягчения воды паровых котлов. В домашнем хозяйстве сода применяется как средство для чистки.

Кислый карбонат натрия --«двууглекислый натрий» NaHCО3 представляет собой белый, устойчивый в сухом воздухе порошок с щелочным вкусом (удельный вес 2,2). Его получают пропусканием двуокиси углерода через холодный насыщенный раствор Na2CО3. Na2CО3 + CО2 + Н2О= 2NaHCО3.

Гидрокарбонат натрия получают как промежуточный продукт в способе Сольве. Чтобы получить чистый гидрокарбонат натрия, продукт, загрязненный гидрокарбонатом аммония, растворяют в теплой воде; при охлаждении осаждается чистый гидрокарбонат натрия. Реакцию по уравнению (18) используют в лабораториях для очистки карбоната натрия. Нагреванием примерно до 300° гидрокарбонат можно легко снова перевести в карбонат 2NaHCО3 = Na2CО3 + СО2 +H2О В водном растворе (или даже во влажном состоянии) уже при комнатной температуре гидрокарбонат натрия медленно выделяет СO2. Выше 65° выделение СO2 из раствора становится энергичным. Растворимость гидрокарбоната в воде, насыщенной СO2, при атмосферном давлении, по данным Федотьева, равна:

0° 15° 30° 45°

6,9 8,8 11,02 13,86 г NaHСО3 в 100 г Н20.

Вследствие гидролитического разложения раствор проявляет щелочную реакцию, правда очень слабую. Она обнаруживается лакмусом и метиловым оранжевым, но не обнаруживается (при 0°) фенолфталеином. Гидрокарбонат натрия применяют главным образом в качестве заменителя дрожжей, как медицинское средство для нейтрализации желудочной кислоты (соль Бульриха), а также для приготовления шипучих порошков.

11. Использованная литература

1. «Курс неорганической химии.» Г.Реми. Издательство «Мир», Москва, 1972.

2. «Пособие по химии для поступающих в ВУЗы.» Г.П. Хомченко. Москва «Новая волна», 2005.

3. «Методические рекомендации по неорганической химии. Для специальностей 010800 - Химия.» Темботов Б.К., Жилова С.Б., Алакаева Л.А., Хасанов В.В. Нальчик, 1997 г.

4. «Общая химия.» Я.А. Угай. Издательство «Высшая школа», Москва, 1980г.

5. «Вся химия в 50 таблицах.» А.Ю. Стахеев. Изд.: Рост. 1998г.

6. «Химия. Справочник для школьника.» Изд.: Фил. об. «СЛОВО». Москва, 1995г.

7. «Введение в общую химию». Лучинский Г.П., Москва, «Высшая школа», 1980г.

Размещено на Allbest.ru