Natrium sulfat

Natrium sulfatadalahsenyawa anorganikdengan rumus kimiaNa2SO4dengan beberapahidratnya. Semua natrium sulfat berbentuk padatan putih yang sangat mudah larut dalam air. Produksi tahunannya mencapai 6 jutatonper tahun, dengan dekahidratnya sebagai produkkomoditasutamanya. Penggunaan utamanya adalah sebagai pengisi dalam pabrikasideterjenrumah tangga dan dalamproses Kraftpadapulpingkertas untuk membuatsulfidadengan tingkat alkalinitas tinggi.
Bentuk dekahidrat dari natrium sulfat dikenal sebagai garam Glauber yang diambil dari nama kimiawan danapotekerBelanda/JermanJohann Rudolf Glauber(1604-1670), yang mengungkapkan keberadaannya dalam mata air Austria pada tahun 1625. Ia memberi nama senyawa tersebut sebagaibahasa Latin:sal mirabilis(garam ajaib), karena karakter medisnya: kristalnya digunakan sebagailaksatifmulti-guna, sampai ditemukan alternatif yang lebih canggih pada tahun 1900an.
Pada abad ke-18, garam Glauber mulai digunakan sebagai bahan baku untuk produksi soda abu (natrium karbonat)industrial, dengan mereaksikannya dengan potas (kalium karbonat). Kebutuhan soda abu meningkat, dan pasokan natrium sulfat harus ditingkatkan secara linier. Oleh karena itu, pada abad ke-19,proses Leblancberskala besar, yang menghasilkan natrium sulfat sintetis sebagai zat antara kunci, menjadi metode utama produksi soda abu.
Natrium sulfat merupakan tipikal sulfat berikatanionikelektrostatis. Kehadiran ion sulfat bebas dalam larutan ditunjukkan dengan mudahnya pembentukan sulfat tak larut ketika larutan ini diberi perlakuan dengan garamBaatauPb:
Natrium sulfat tidak bersifat reaktif terhadap sebagian besaroksidator maupun reduktor. Pada suhu tinggi, natrium sulfat dapat diubah menjadinatrium sulfidamelaluireduksi karbotermal(atau reduksi sulfat termokimia, pemanasan suhu tinggi dengan arang, dll.):
Reaksi ini digunakan dalamproses Leblanc, proses pembuatannatrium karbonatyang sudah tidak digunakan.
Natrium sulfat bereaksi denganasam sulfatmenghasilkangaram asamnatrium bisulfat:
Natrium sulfat menunjukkan kecenderungan membentukgaram rangkap. Satu-satunyaalumyang terbentuk dengan logam trivalen umum adalahNaAl(SO4)2(tidak stabil di atas 39 °C) danNaCr(SO4)2, berlawanan dengankalium sulfatdanamonium sulfatyang membentuk alum stabil.Diketahui garam rangkap dengan beberapa sulfat logam alkali lainnya, termasukNa2SO4·3K2SO4yang terbentuk secara alami sebagai mineralaphthitalite. Pembentukanglaseritemelalui reaksi natrium sulfat dengankalium kloridatelah digunakan sebagai dasar metode pembuatankalium sulfat, suatupupuktanaman.Garam rangkap lainnya antara lain3Na2SO4·CaSO4,3Na2SO4·MgSO4(vanthoffite) danNaF·Na2SO4.
Natrium sulfat memiliki karakteristik kelarutan dalam air yang tidak biasa.Kelarutannya dalam air meningkat hingga lebih dari sepuluh kali lipat antara 0 °C dan 32,384 °C, dan mencapai maksimum pada 49,7 g/100 mL. Pada titik ini kurva kelarutan berbalik, dan kelarutannya menjadi hampir tidak tergantung pada suhu. Temperatur 32,384 °C, sesuai pelepasan air kristal dan peleburan garam terhidrasinya, berlaku sebagai referensi suhu akurat untukkalibrasitermometer.
Kristal dekahidratnya terdiri dari ion[Na(OH2)6]dengangeometri molekul oktahedral. Oktahedra ini berbagi sisi sedemikian rupa sehingga 8 dari 10 molekul air terikat pada natrium dan 2 lainnya bersifat interstisial, membentuk ikatan hidrogen dengan sulfat. Kation-kation ini berikatan dengan anion sulfat melalui ikatan hidrogen. Jarak Na–O sekitar 240pm.Entropi residual(entropi padanol mutlak) terukur kristal natrium sulfat dekahidrat juga tidak seperti umumnya garam terhidrasi lainnya, yaitu sebesar 6,32 J/(K·mol). Hal ini dianggap berasal dari kemampuannya mendistribusikan air jauh lebih cepat dari pada kebanyakan hidrat.
Produksi tahunan natrium sulfat dunia, hampir seluruhnya dalam bentuk dekahidrat, berjumlah sekitar 5,5 hingga 6 juta ton/tahun (Mt/a). Pada tahun 1985, produksinya adalah 4,5 Mt/a, setengah dari sumber daya alami, dan setengah dari produksi bahan kimia. Setelah tahun 2000, pada tingkat yang stabil hingga tahun 2006, produksi alami meningkat menjadi 4 Mt/a, dan produksi bahan kimia menurun menjadi 1,5 hingga 2 Mt/a, dengan total 5,5 hingga 6 Mt/a.Baik natrium sulfat yang diproduksi secara alami dan yang diproduksi secara kimia praktis dapat saling menggantikan untuk semua aplikasi.
Dua pertiga dari produksi dekahidratnya (garam Glauber) dunia berasal dari bentuk mineral alamimirabilite, misalnya seperti yang ditemukan di dasar danau di selatanSaskatchewan. Pada tahun 1990,MeksikodanSpanyoladalah produsen utama natrium sulfat alami dunia (masing-masing sekitar 500.000 ton), denganRusia,Amerika Serikat, danKanadamasing-masing sekitar 350.000 ton.Sumber daya alaminya diperkirakan lebih dari 1 miliar ton.
Produsen utama dengan produksi 200.000 hingga 1.500.000 ton/tahun pada tahun 2006 termasukSearles Valley Minerals(California, AS), Airborne Industrial Minerals (Saskatchewan, Kanada), Química del Rey (Coahuila, Meksiko), Minera de Santa Marta dan Criaderos Minerales Y Derivados, juga dikenal sebagaiGrupo Crimidesa(Burgos, Spanyol), Minera de Santa Marta (Toledo, Spanyol), Sulquisa (Madrid, Spanyol), Chengdu Sanlian Tianquan Chemical (KabupatenTianquan, Sichuan, Cina), Grup Kimia Hongze Yinzhu (Distrik Hongze, Jiangsu, Tiongkok),Nafine Chemical Industry Group(Shanxi, Tiongkok), Provinsi Sichuan Chuanmei Mirabilite (万胜镇,Distrik Dongpo,Meishan, Sichuan, Tiongkok), dan Kuchuksulphat JSC (Altai Krai, Siberia, Rusia).
Natrium sulfat anhidrat terjadi di lingkungan kering sebagai mineralthenardite. Perlahan berubah menjadi mirabilite di udara lembab. Natrium sulfat juga ditemukan sebagaiglauberit, mineral kalsium natrium sulfat. Kedua mineral tersebut kurang umum dibandingkan mirabilite.
Sekitar sepertiga dari natrium sulfat dunia diproduksi sebagai produk sampingan dari proses lain dalam industri kimia. Sebagian besar produksi ini secara kimiawi melekat pada proses primer, dan nilai ekoniminya tipis. Oleh karena itu, dengan usaha industri, produksi natrium sulfat sebagai produk sampingan menurun.
Produksi natrium sulfat kimia yang paling penting adalah selama produksiasam klorida, baik darinatrium klorida(garam) danasam sulfat, dalamproses Mannheim, atau daribelerang dioksidadalamproses Hargreaves.Natrium sulfat yang dihasilkan dari proses ini dikenal sebagaikue garam.
Produksi utama natrium sulfat yang kedua adalah proses yangmenetralkankelebihannatrium hidroksidamenggunakan asam sulfat, seperti yang diterapkan dalam skala besar pada produksirayon. Metode ini juga diterapkan secara teratur pada preparasi laboratorium.
Di laboratorium juga dapat disintesis dari reaksi antaranatrium bikarbonatdanmagnesium sulfat.
Namun, karena sumber komersial sudah tersedia, sintesis laboratorium praktis jarang dilakukan.
Sebelumnya, natrium sulfat juga merupakan produk sampingan dari pembuatannatrium dikromat. Prosesnya adalah asam sulfat ditambahkan ke dalam larutan natrium kromat membentuk natrium dikromat, atau selanjutnya asam kromat. Sebagai alternatif, natrium sulfat dibentuk pada produksilitium karbonat,zat pengkelat,resorsinol,asam askorbat, pigmensilika,asam nitrat, danfenol.
Natrium sulfat curah biasanya dimurnikan melalui bentuk dekahidratnya, karena bentuk anhidratnya cenderung menarik senyawabesidansenyawa organik. Bentuk anhidratnya mudah dihasilkan dari bentuk terhidrasi dengan pemanasan lambat.
Produsen utama produk sampingan natrium sulfat sebesar 50–80 Mt/a pada tahun 2006 termasuk Elementis Chromium (industri kromium, Castle Hayne, NC, AS), Lenzing AG (200 Mt/a, industri rayon, Lenzing, Austria), Addiseo (sebelumnya Rhodia, industri metionin, Les Roches-Roussillon, Prancis), Elementis (industri kromium, Stockton-on-Tees, Britania Raya), Shikoku Chemicals (Tokushima, Jepang) dan Visko-R (industri rayon, Rusia).
Harganya di AS yang hanya $30 per ton pada tahun 1970, hingga $90 per ton untuk kualitas kue garam, dan $130 untuk kualitas yang lebih baik, natrium sulfat adalah bahan yang sangat murah. Penggunaan terbesar adalah sebagaipengisidalam bubuk deterjen rumah tangga, yang mengkonsumsi kira-kira 50% dari produksi dunia. Penggunaan ini berkurang karena konsumen domestik semakin beralih ke deterjen padat atau cair yang tidak mengandung natrium sulfat.
Penggunaan utama lainnya natrium sulfat yang pernah tercatat, terutama di AS dan Kanada, adalah dalamproses Kraftpada pabrikasibubur kertas. Bahan organik yang terkandung dalam "lindi hitam" dari proses ini dibakar untuk menghasilkan panas, yang diperlukan untuk mendorongreduksinatrium sulfat menjadinatrium sulfida. Namun, adanya kemajuan dalam bidang efisiensi termal pada proses pemulihan Kraft pada awal tahun 1960an, pemulihan belerang yang lebih efisien telah dicapai, dan kebutuhan natrium sulfat menjadi menurun drastis.Dengan demikian, penggunaan natrium sulfat pada industri pulp di AS dan Kanada menurun dari 1.400.000 ton per tahun pada tahun 1970 menjadi hanya sekitar 150.000 ton pada tahun 2006.
Industrikacamerupakan aplikasi signifikan lainnya kepada natrium sulfat, sebagai aplikasi terbesar kedua di Eropa. Natrium sulfat digunakan sebagaipemurnian kaca(bahasa Inggris:fining), untuk membantu menghilangkan gelembung-gelembung udara dari lelehan kaca. Ini mengalirkan kaca, dan mencegah pembentukan buih dari lelehan kaca selama pemurnian. Industri kaca di Eropa telah mengonsumsi 110.000 ton/tahun natrium sulfat sejak 1970 hingga 2006.
Natrium sulfat merupakan zat penting dalam pabrikasitekstil, terutama di Jepang, karena tekstil merupakan aplikasi terbesar di sana. Natrium sulfat ditambahkan untuk meningkatkankekuatan ionlarutan sehingga membantu dalam "penyamarataan (levelling)", mengurangi muatan listrik negatif pada serat tekstil sehingga zat warna dapat melakukan penetrasi secara merata (lihat teoridifusi lapisan ganda(DLG) yang dielaborasi olehGouy dan Chapman). Tidak sepertinatrium klorida, natrium sulfat tidak mengorosi wadahbaja nirkaratyang digunakan dalam proses pewarnaan. Aplikasi ini di Jepang dan AS mengonsumsi sekitar 100.000 ton pada tahun 2006.
Natrium sulfat digunakan sebagai pengencer untuk pewarna makanan.Ia dikenal sebagai zat tambahan makanan dengannomorE514.
Kapasitas penyimpanan panas yang tinggi dalam suatu fase berubah dari padat ke cair, dan suhu perubahan fasa yang menguntungkan adalah 32 °C (90 °F) menjadikan bahan ini sangat sesuai untuk menyimpan panas surya tingkat rendah untuk kemudian dilepaskan dalam aplikasi pemanas ruangan. Dalam beberapa aplikasi, bahan tersebut dimasukkan ke dalam ubin termal yang ditempatkan di ruang loteng, sementara pada aplikasi lain garam dimasukkan ke dalam sel yang dikelilingi oleh air yang dipanaskan dengan tenaga surya. Perubahan fasa memungkinkan pengurangan substansial kebutuhan massa bahan untuk penyimpanan panas yang efektif (panas fusi natrium sulfat dekahidrat adalah 82 kJ/mol atau 252 kJ/kg). Keuntungan lebih selanjutnya adalah konsistensi suhu selama bahan dalam fase yang sesuai tersedia dalam jumlah yang mencukupi.
Untuk aplikasi pendinginan, campuran dengan garam umumnatrium klorida(NaCl) menurunkan titik leleh hingga 18 °C (64 °F). Kalor peleburanNaCl·Na2SO4·10H2O, sebenarnyameningkatsedikit menjadi 286 kJ/kg.
Di laboratorium, natrium sulfat anhidrat banyak digunakan sebagai suatuzat pengeringinert, untuk menghilangkan runutan air dari larutan organik.Ia lebih efisien, tetapi bekerja lebih lambat, dari pada zat yang serupa yaitumagnesium sulfat. Ia hanya efektif di bawah suhu 30 °C, tetapi dapat digunakan dengan beragam bahan karena sifat kimianya yang cukup inert. Natrium sulfat ditambahkan ke dalam larutan hingga kristal tidak lagi menggumpal. Dua video klip (lihat di atas) menunjukkan bagaimana gumpalan kristal ketika masih basah, tetai beberapa kristal mengalir bebas ketika sampel menjadi kering.
Garam Glauber, bentuk dekahidratnya, digunakan sebagailaksatif. Ia efektif untuk menghilangkan obat-obat tertentu sepertiparasetamol(asetaminofen) dari tubuh, misalnya, dalam kasus overdosis.
Pada tahun 1953, natrium sulfat diusulkan sebagai penyimpanpanasdalam sistempemanas suryapasif. Hal ini mengambil keuntungan dari sifat kelarutannya yang tidak biasa, dan panaskristalisasinyayang tinggi (78.2 kJ/mol).
Penggunaan natrium sulfat lainnya termasuk jendela penghilang beku, pabrikasiamilum, sebagai aditif dalam penyegar karpet, dan sebagai aditif pakan ternak
Satu perusahaan, Thermaltake, membuat matras pendingin komputer laptop (iXoft Notebook Cooler) menggunakan natrium sulfat dekahidrat di dalam alas berlapis plastik. Bahan tersebut perlahan berubah mencadi cairan dan bersirkulasi, menyamakan suhu laptop dan bertindak sebagai suatu isolator.
Meskipun natrium sulfat secara umum dianggap sebagai non-toksik,ia tetap harus ditangani dengan hati-hati. Debunya dapat menyebabkan asma sesaat atau iritasi mata; risiko ini dapat dicegah dengan menggunakan pelindung mata atau masker kertas. Transportasinya tidak terbatas, dan tidak berlakufrasa-Rmaupunfrasa-S.