Նատրիումի կարբոնատ

Նատրիումի կարբոնատ (կալցինացված սոդա, ածխաթթվի նատրիումական աղ)՝ անօրգանական միացություն է։ Քիմիական բանաձևը՝ Na2CO3 է։ Ջրում լավ լուծվող, խոնավածուծ, անգույն բյուրեղային նյութ է կամ սպիտակ փոշի։ Արդյունաբերության մեջ հիմնականում ստանում են նատրիումի քլորիդից Սոլվեի եղանակով։ Կիրառվում է ապակու, լվացող միջոցների արտադրություններում, բոքսիտներից ալյումինի ստացման և նավթի մաքրման ժամանակ։

Ֆիզիկական հատկություններ 

Անգույն բյուրեղային նյութ է կամ սպիտակ փոշի։ Ունի մի քանի ձևափոխություններ։ ɑ-ձևափոխությունը ձևավորվում է 3500C-ում,ապա մինչև 4790C տաքացնելիս առաջանում է β-ձևափոխությունը։ ɑ- և β-ձևափոխությունն ունեն մոնոկլինային խորանարդային բյուրեղացանցեր։ 4790C-ից բարձր ջերմաստիճանում նատրիումի կարբոնատը վերածվում է վեցանկյուն բյուրեղացանց ունեցող β-ձևափոխության։ Հալվում է 8540C-ում, 10000C-ից բարձր ջերմաստիճանում քայքայվում է առաջացնելով նատրիումի օքսիդ և ածխաթթու գազ։

Անգույն, մոնոկլինային  Na2CO3·10H2O բանաձևով բյուրեղահիդրատը 32,017 °C-ում վերածվում է շեղանկյուն բյուրեղացանցով Na2CO3·7H2O բյուրեղահիդրատի, մինչև  35,27 °C տաքացնելիս վերածվում է անգույն շեղանկյուն բյուրեղացանցով Na2CO3·H2O բյուրեղահիդրատի։ 100-2000 C-ում մոնոհիդրատը կորցնում է ջուրը վերածվելով՝ Na2CO3:

Պատկերասրահ

Բնության մեջ 

Բնության մեջ սոդան հանդիպում է որոշ ծովային ջրիմուռների մոխրի բաղադրության մեջ, ինչպես նաև առանձին հանքերի տեսքով՝
 նախկոլիտ NaHCO3
 տրոն (եգիպտական աղ) Na2CO3·NaHCO3·2H2O
 նատրիտ (նատրոն, բյուրեղային սոդա) Na2CO3·10H2O
 թերմոնատրիտ Na2CO3·Н2O.

Ժամանակակից սոդայի լճերը հայտնի են Անդրբայկալում և Արևմտյան Սիբիրում, մեծ ճանաչում ունեն Նատրոն լիճը Տանզանիայում և Սիրլիս լիճը Կալիֆորնիայում։
Արդյունաբերական նշանակություն ունեցող տրոնը հայտնաբերվել է 1938 թվականին Գրին-Ռիվերում՝ (Վայոմինգ, ԱՄՆ) էոցենի շերտում։ Այս նստվածքային շերտում հայտնաբերվել են նաև նախկինում հազվագյուտ համարվող հանքեր, այդ թվում դավսոնիտը, որը հումք է հանդիսանում սոդայի և ալյումինի օքսիդի ստացման համար։ ԱՄՆ-ում բնական սոդան բավարարում է այս հանքանյութի նկատմամբ երկրի պահանջարկի ավելի քան 40%-ը։

Քիմիական հատկություններ 

Նատրիումի կարբոնատը ջրային լուծույթում հիդրոլիզվում է ապահովելով միջավայրի հիմնային ռեակցիան։ Նատրիումի կարբոնատի հիդրոլիզի կրճատ իոնային հավասարումն է՝

 

Ածխաթթվի դիսոցման հաստատունը առաջին փուլի համար 4,5 է։ Ածխաթթուն անկայուն և թույլ թթու է։  Նատրիումի կարբոնատի և թթուների փոխազդեցությունից առաջանում է ածխաթթու, որն անմիջապես քայքայվում է վերածվելով ածխածնի երկօքսիդի և ջրի։

Ստացում 

Մինչև 19-րդ դարի սկիզբը, նատրիումի կարբոնատը ստացվում էր հիմնականում որոշ ջրիմուռների, ափամերձ և աղասեր բույսերի մոխրից վերաբյուրեղացման միջոցով։

Լեբլանի եղանակ 

1791 թվականին ֆրանսիացի քիմիկոս Նիկոլայ Լեբլանը «Գլաուբերի աղը սոդայի վերափոխելու մեթոդի» համար արտոնագիր ստացավ։ Նատրիումի սուլֆատի («Գլաուբերի աղ»), կավիճի կամ կրաքարի (կալցիումի կարբոնատ) և փայտածուխի խառնուրդը եփվում է մոտ 1000°-C ջերմաստիճանում։ Ածուխը նատրիումի սուլֆատը վերականգնում է մինչև նատրիումի սուլֆիդի։

 

Նատրիումի սուլֆիդը փոխազդում է կալցիումի կարբոնատի հետ։
 

Ստացված հալույթը մշակում են ջրով, նատրիումի կարբոնատը անցնում է լուծույթ, կալցիումի սուլֆիդը ֆիլտրում են, ապա նատրիումի կարբոնատի լուծույթը շոգիացնում։ Ստացված նատրիումի կարբոնատը վերաբյուրեղացնում են։ Լեբլանի եղանակով ստացվում է նատրիումի կարբոնատի բյուրեղահիդրատ։ Ստացված սոդան ջրազրկում են կալցինացման եղանակով։

Նատրիումի սուլֆատը ստացվում է կերակրի աղի և ծծմբական թթվի փոխազդեցությունից։

 

Ռեակցիայի հետևանքով անջատվող քլորաջրածինը կլանում են ջրով ստանալով աղաթթու։

Ռուսաստանում այս տիպի առաջին գործարանը հիմնադրվել է Բառնաուլում 1864 թվականին՝ արդյունաբերող Մ. Պրանգի կողմից։

Սոլվեի խնայողական և տեխնոլոգիական մեթոդի հայտնվելուց հետո (որի արդյունքում մեծ քանակով կողմնակի կալցիումի սուլֆիդ չի առաջանում) Լեբլանի եղանակով աշխատող գործարանները փակվեցին։ 1900 թվականին գործարանների 90 %-ը աշխատում էին Սոլվեի եղանակով։ Լեբլանի եղանակով աշխատող վերջին ֆաբրիկան փակվեց 1920-ական թվականների սկզբին։

Սոլվեի եղանակ (արդյունաբերական ամոնիակային եղանակ)

1861 թվականին բելգիացի ինժեներ-քիմիկոս Էռնեստ Սոլվեն արտոնագրեց սոդայի արտադրության իր եղանակը, որը կիրառվում է մինչ օրս։

Նատրիումի քլորիդի հագեցած լուծույթի միջով անցկացնում են գազային ամոնիակ և ածխածնի (IV) օքսիդ, կարծես թե լուծույթը մշակում են ամոնիումի կարբոնատով՝ NH4HCO3:

 

Քիչ լուծելի նատրիումի հիդրոկարբոնատի մնացորդը ֆիլտրում են և կալցինացնում (ջրածնազրկում՝ տաքացնելով 140-1600C), որի արդյունքում հիդրոկարբոնատը վերածվում է կարբոնատի։

 

Անջատված CO2 վերադարձնում են արդյունաբերական ցիկլ։ Ամոնիումի քլորիդը՝ NH4Cl մշակում են կալցիումի հիդրօքսիդով՝ Ca(OH)2:

 

Ստացված NH3-ը ևս վերադարձնում են արդյունաբերական ցիկլ։

Այսպիսով, գործընթացի միակ թափոն համարվում է կալցիումի քլորիդը։

Սոդայի ստացման այս եղանակով աշխատող աշխարհում առաջին գործարանը բացվել է 1863 թվականին Բելգիայում, Իսկ Ռուսաստանում՝ 1883 թվականին  Ուրալի մարզի Բերեզնիկի քաղաքում։ «Լյուբիմով, Սոլվե և Ընկ.» գործարանը տարեկան արտադրում էր 20տ սոդա։ 

Մինչ օրս այս եղանակը հանդիսանում է սոդայի ստացման հիմնական եղանակ։

Հոուի եղանակ 

Եղանակը մշակվել է 1930 թվականին Հոուի (Hou Debang) կողմից։ Սոլվեի եղանակից տարբերվում է նրանով, որ չի օգտագործվում կալցիումի հիդրօքսիդ։

Հոուի եղանակով ածխածնի երկօքսիդը և ամոնիակը նատրիումի քլորիդի լուծույթով անցկացնում են 400 C-ում։ Ինչպես Սոլվեի եղանակում, այստեղ ևս քիչ լուծված նատրիումի հիդրոկարբոնատը նստեցվում է, ապա լուծույթը մինչև 100 C սառեցնելով նստեցվում է ամոնիումի քլորիդը, իսկ լուծույթը օգտագործվում է սոդայի հաջորդ խմբաքանակի ստացման համար։

Ստացման եղանակների համեմատում 

Նատրիումի կաբոնատի ստացման Հոուի եղանակով որպես կողմնակի նյութ ստացվում է NH4Cl, իսկ Սոլվեյի եղանակում՝ CaCl2:

Սոլվեի եղանակը մշակվել է նախքան Հաբերի եղանակի ի հայտ գալը։ Այդ ժամանակ ամոնիակի քանակը քիչ էր։ Դրա համար էլ ամոնիումի քլորիդից ամոնիակի վերականգնումը անհրաժեշտություն էր։ Հոուի եղանակը ավելի ուշ է հայտնվել, ամոնիակի վերականգնումը և դուրս բերումը խիստ կարևոր չէր։ Ստացված ամոնիումի քլորիդը օգտագործվել է որպես ազոտական պարարտանյութ։ 

Սակայն ամոնիումի քլորիդը պարունակում է քլոր, որի ավելցուկը վտանգավոր է շատ բույսերի համար, ուստի որպես պարարտանյութ ամոնիումի քլորիդի կիրառումը սահմանափակ է։ Չինաստանում այս եղանակներից ավելի շատ տարածված է Հոուի եղանակը, քանի որ ստացված ամոնիումի քլորիդը որպես պարարտանյութ կիրառվում է բրնձաբուծության մեջ (քլորի ավելցուկը նպաստում է բրնձի աճին)։

Այժմ մի շարք երկրներում արդյունաբերության մեջ նատրիումի կարբոնատի մեծ մասը ստացվում է Սոլվեի եղանակով (ներառյալ Հոուի եղանակը որպես Սոլվեի եղանակի ձևափոխություն)։ 2000 թվականի տվյալներով Եվրոպայում արդյունաբերական նատրիումի կարբոնատի 94% այս եղանակով են ստանում, իսկ ամբողջ  աշխարհում՝ 84%-ը ։

Կիրառություն 

Նատրիումի կարբոնատը կիրառվում է ապակու արտադրությունում, օճառի, լվացքի և մաքրող փոշիների, էմալի, ուլտրամարինի (վառ կապույտ ներկ, ծովազվարթ) արտադրությունում։
Կիրառվում է նաև ջրի կոշտության վերացման, մետաղների ճարպազերծման համար և թուջի արտադրությունում։
 
Նատրիումի կարբոնատը ելանյութ է հանդիսանում NaOH, Na2B4O7, Na2HPO4 նյութերի ստացման համար։ Կարող է կիրառվել ծխախոտի ֆիլտրի արտադրությունում։ 

Սննդի արդյունաբերությունում նատրիումի կարբոնատները գրանցված են որպես սննդային հավելումներ՝ E500 թթվայնության կարգավորիչ, փխրեցուցիչ։ Նատրիումի կարբոնատը (կալցինացված սոդան՝ Na2CO3) ունի 500i կոդը, նատրիումի հիդրոկարբոնատը՝ 500ii (խմելու սոդա՝ NaHCO3) և նատրիումի կարբոնատի և հիդրոկարբոնատի խառնուրդը՝ 500iii:

Ժամանակակից նավթարդյունաբերության մեջ նատրիումի կարբոնատը օգտագործվում է ջրի և նավթի միջֆազային լարվածությունը նվազեցնելու համար։

Կիրառվում է լուսանկարչության մեջ երևակչի բաղադրությունում որպես արագացուցիչ։

Պոլիմերացումը կանխելու համար ավելացվում է շարժիչի յուղի բաղադրության մեջ։

Անվտանգություն 

Արդյունաբերական շինություններում օդում կալցինացված սոդայի սահմանային թույլատրելի կոնցենտրացիան 2մգ/մ է3: Կալցինացված սոդան դասվում է 3-րդ կարգի վտանգավոր նյութերի շարքին։ Կալցինացված սոդայի աէրոզոլը խոնավ մաշկի վրա, աչքի լորձաթաղանթում և քթում հայտնվելիս կարող է գրգռվածություն առաջացնել, իսկ դրա երկարատև ազդեցությունը առաջացնում է մաշկաբորբ (դերմատիտ)։

Պատահական անուններ 

Սոդան ածխաթթվի նատրիումական աղի տեխնիկական անվանումն է։

 Na2CO3 (Նատրիումի կարբոնատ) — կալցինացված սոդա, սպիտակեղենի սոդա
 Na2CO3·10H2O (նատրիումի կարբոնատի հիդրատ, պարունակում է 62,5 % բյուրեղաջուր)՝ լվացքի սոդա, երբեմն թողարկվում է Na2CO3·H2O կամ Na2CO3·7H2O տեսքով։
 NaHCO3 (նատրիումի հիդրոկարբոնատ) — խմելու սոդա, սննդի սոդա, նատրիումի բիկարբոնատ։

Գրականություն 

 
 Рукк Н. С. Натрия карбонат // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Меди—Полимерные.

Ծանոթագրություններ 

Անօրգանական միացություններ
Աղեր
Նատրիումի աղեր
Նատրիումի միացություններ
Սննդային հավելումներ