Natriumkarbonaatti

Natriumkarbonaatti eli sooda on hiilihapon natriumsuola.

Soodaa käytetään EU:ssa elintarvikkeissa E-koodilla E500(i) happamuudensäätöaineena.

Sooda voi olla kidevedetöntä, jonka luonnosta löytyvää mineraalimuotoa kutsutaan natriitiksi. Sillä on myös kaksi yleistä hydraattimuotoa: monohydraatti ja dekahydraatti. Luonnon monohydraattimineraali on nimeltään termonatriitti ja dekahydraatti on natron.

Ominaisuudet
Kidevedetön natriumkarbonaatti (Na2CO3) on kiderakenteeltaan monokliininen. Sen sulamispiste on 851 °C, mutta se alkaa hajota hiilidioksidiksi ja natriumoksidiksi (Na2O) jo 400 °C lämpötilassa. Natriumkarbonaatti liukenee veteen lämpöä vapauttaen emäksisiksi vesiliuoksiksi. Happoihin se liukenee hiilidioksidia vapauttaen. Kidevedetöntä muotoa kutsutaan myös soodatuhkaksi ja kalsinoiduksi soodaksi.

Natriumkarbonaattimonohydraatti (Na2CO3·H2O) muodostaa ortorombisiä värittömiä kiteitä. Sen CAS on 5968-11-6, massa 124,005 g/mol, tiheys 2,25 g/cm3 ja se hajoaa 100 °C lämpötilassa muuntuen kidevedettömäksi soodaksi. Se on vesiliukoinen, vähäliukoisempi glyseroliin ja liukenematon etanoliin. Sen vesiliuokset ovat emäksisiä.

Natriumkarbonaattidekahydraatti (Na2CO3·10 H2O) muodostaa läpinäkyviä kiteitä. Sen CAS on 6132-02-1, massa 286,142 g/mol, tiheys 1,46 g/cm3, se hajoaa 35 °C lämpötilassa ja kuivuu huoneenlämmössä avoimissa astioissa vähemmän hydratoituneisiin muotoihin. Sen vesiliuokset ovat emäksisiä.

Käyttö
Soodaa käytetään muun muassa lasien (esim. soodalasin), saippuoiden, pesuaineiden, paperin ja sellun valmistukseen sekä veden pehmentämiseen. Sitä käytetään myös yleisenä laboratorioreagenssina, analyyttisessä kemiassa ja muiden natriumsuolojen valmistuksessa.

Valmistus
Soodaa on saatu kautta historian ja saadaan edelleen lähinnä trona-mineraalista. 2016 maailmanlaajuisesti tuotetusta soodasta kuitenkin 74 % tuotettiin kemiallisin synteesein.     

Soodaa valmistetaan kaupallisesti esimerkiksi kalsiumkarbonaatista (CaCO3) ja natriumkloridista (NaCl) reaktiolla Solvayn menetelmällä, jonka kokonaisreaktio on   
CaCO3 + 2 NaCl → Na2CO3 + CaCl2
Menetelmä alkaa kalsiumkarbonaatin kalsinaatiolla ja jatkuu hydraatiolla   
CaCO3 → CaO + CO2
CaO + H2O → Ca(OH)2   
Kalsiumhydroksidi reagoidaan sitten NaCl-liuoksessa CO2 ja ammoniakin (NH3) läsnä ollessa. Reaktiot ovat   
2 NaCl + 2 CO2 + 2 NH3 + 2 H2O → 2 NaHCO3 + 2 NH4Cl
2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2   
Ca(OH)2 + 2 NH4Cl → CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2O

Soodaa on historiallisesti valmistettu kaupallisesti myös Leblanc-menetelmällä. Tässä natriumkloridi reagoidaan rikkihapon avulla natriumsulfaatiksi (Na2SO4) ja suolahapoksi. Sulfaatti reagoidaan hiilen (C) ja kalsiumkarbonaatin kanssa ns. mustaksi tuhkaksi, josta sooda saatiin huuhtomalla erilleen. Reaktiot ovat   
Na2SO4 + 2 C + CaCO3 → Na2CO3 + CaS + 2 CO2   
Ennen kemiallisia synteesejä 1700-luvun puoliväliin asti soodaa saatiin myös uuttamalla merilevien ja kasvien tuhkasta. Lähteitä ovat olleet esimerkiksi Salsola soda-otakilokit, rakkohauru, sahalevä ja solmulevä.

Lähteet

Aiheesta muualla

OECD: Sodium carbonate CAS N°: 497-19-8   (pdf)
PubChem: Sodium carbonate 
KEGG: Sodium carbonate 

Karbonaatit
Kohotusaineet
Seulonnan keskeiset artikkelit
Natriumyhdisteet