Sulfat de sodiu

Sulfat de sodiu

Numele IUPAC
tetraoxosulfat disodic (VI)
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută	Na ₂ SO ₄
Greutatea formulei ( u )	142.05
Aspect	solid cristalin alb
numar CAS	7757-82-6
Numărul EINECS	231-820-9
PubChem	24436
DrugBank	DB09472
ZÂMBETE	`[O-]S(=O)(=O)[O-].[Na+].[Na+]`
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm ³ , în cs )	2.698
Solubilitate în apă	439,9 g / l la 306,65 K
Temperatură de topire	884 ° C (1157 K)
Proprietăți termochimice
Δ _f H ⁰ (kJ mol ⁻¹ )	−1383,47
Δ _f G ⁰ (kJ mol ⁻¹ )	−1265,76
S ⁰ _m (J K ⁻¹ mol ⁻¹ )	91,7
C ⁰ _{p, m} (J K ⁻¹ mol ⁻¹ )	137.3
Informații de siguranță
Fraze H	---
Sfaturi P	--- ^[1]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Sulfatul de sodiu este o sare de sodiu a acidului sulfuric , care apare în mod natural ca mineral ( tenardit ) sub formă cristalină romboedrică. Este disponibil sub diferite forme: anhidru, heptahidrat și decahidrat. Se obține, în general, ca produs secundar al proceselor chimice folosind acid sulfuric sau ca purjare a instalațiilor de producere a clorurii de sodiu cu un proces de vid; în acest caz cristalizează într-o formă monoclinică.

Sulfatul de sodiu tinde să formeze incrustări insolubile greu de îndepărtat, în special pe suprafețele din silicon; acestea sunt ușor atacate de acidul sulfuric formând hidrogen sulfat de sodiu, care are o solubilitate mai mare în apă.

{\ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}}

Datorită reactivității sale slabe, în laboratoarele de chimie amator bucăți grosiere de sulfat de sodiu între 2 și 4 milimetri sunt utilizate ca sfere de fierbere ca alternativă la mărgelele de sticlă sau bucățile de porțelan mai frecvente.

Istorie

Sulfatul de sodiu decahidrat a luat numele sării Glauber de la chimistul și farmacistul olandez / german Johann Rudolf Glauber (1604-1670), care a descoperit-o în 1625 în apa de izvor austriacă. El a numit-o sal mirabilis (sare miraculoasă), datorită proprietăților sale medicinale: cristalele au fost folosite ca laxative, până când s-au născut alternative mai sofisticate în 1900.

În secolul al XVII-lea, sarea Glauber a început să fie folosită ca materie primă pentru producția industrială de carbonat de sodiu , prin reacție cu carbonat de potasiu . Cererea de sodă a crescut și aprovizionarea cu sulfat de sodiu a trebuit să crească în consecință. Prin urmare, în secolul al XIX-lea, procesul Leblanc la scară largă, producând sulfat de sodiu sintetic ca intermediar cheie, a devenit principala metodă de producere a cenușii de sodiu.

Proprietăți fizice

Sulfatul de sodiu are caracteristici neobișnuite de solubilitate în apă. De fapt, crește de peste zece ori între 0 ° C și 32.384 ° C, unde atinge maximum 49,7 g / 100 ml. În acest moment, curba de solubilitate schimbă panta, iar solubilitatea devine aproape independentă de temperatură. Această temperatură de 32.384 ° C, corespunzătoare degajării de apă cristalină și dizolvării sării hidratate, servește drept referință precisă a temperaturii pentru calibrarea termometrului .

Proprietăți chimice

Sulfatul de sodiu este un sulfat ionic tipic legat electrostatic. Existența ionilor de sulfat liberi în soluție este indicată de formarea ușoară a sulfaților insolubili atunci când aceste soluții sunt tratate cu Ba ²⁺ sau Pb ²⁺ :

{\ce {Na2SO4 + BaCl2 -> 2 NaCl + BaSO4}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + BaCl2 -> 2 NaCl + BaSO4}}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + BaCl2 -> 2 NaCl + BaSO4}}}

Sulfatul de sodiu nu este reactiv față de majoritatea agenților oxidanți sau reducători . La temperaturi ridicate, poate fi transformat în sulfură de sodiu prin reducere carbotermică (încălzire la temperatură ridicată cu cărbune):

{\ce {Na2SO4 + 2 C -> Na2S + 2 CO2}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + 2 C -> Na2S + 2 CO2}}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + 2 C -> Na2S + 2 CO2}}}

Această reacție a fost utilizată în procesul Leblanc.

Sulfatul de sodiu reacționează cu acidul sulfuric pentru a da bisulfat de sodiu :

{\ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}}

{\ displaystyle {\ ce {Na2SO4 + H2SO4 -> 2 NaHSO4}}}

Sulfatul de sodiu prezintă o tendință moderată de a forma săruri duble. Singurele alimente formate cu metale trivalente comune sunt NaAl (SO ₄ ) ₂ (instabil la peste 39 ° C) și NaCr (SO ₄ ) ₂ , spre deosebire de sulfatul de potasiu și sulfatul de amoniu care formează multe alimente stabile. Săruri duble cu alți sulfați de metale alcaline sunt cunoscute, incluzând Na ₂ SO ₄ 3K ₂ SO ₄ , care apare în mod natural ca aphthalite . Formarea glaseritei prin reacția sulfatului de sodiu cu clorura de potasiu a fost utilizată ca bază a unei metode de fabricare a sulfatului de potasiu, un îngrășământ. Alte săruri duble includ 3NA ₂ SO ₄ CaSO _4, 3Na2SO ₄ MgSO ₄ ( vanthoffite ) și NaF _Na2 _SO4.

Structura

Cristalele de decahidrat sunt formate din ioni [Na (OH ₂ ) ₆ ] ⁺ cu geometrie moleculară octaedrică. Aceste octaedre împart marginile în așa fel încât opt din cele 10 molecule de apă sunt legate de sodiu și încă două sunt interstițiale, fiind legate de sulfat prin legături de hidrogen. Acești cationi sunt legați de anioni sulfat prin legături de hidrogen. Distanțele Na-O sunt de aproximativ 240 pm. Decahidratul de sulfat de sodiu cristalin este, de asemenea, neobișnuit printre sărurile hidratate, având o entropie reziduală măsurabilă (entropie zero absolută) de 6,32 J · K ^{-1 -1} mol ^-1 . Acest lucru se datorează capacității sale de a distribui apa mult mai repede decât majoritatea hidraților.

Producție

Producția mondială de sulfat de sodiu, aproape exclusiv sub formă de decahidrat, se ridică la aproximativ 5,5-6 milioane de tone pe an. În 1985, producția a fost de 4,5 Mt / an, jumătate din surse naturale și jumătate din producția chimică. După 2000, la un nivel stabil până în 2006, producția naturală a crescut la 4 Mt / an, iar producția chimică a scăzut de la 1,5 la 2 Mt / an, pentru un total de 5,5 la 6 Mt / an. Pentru toate aplicațiile, sulfatul de sodiu natural sau produs chimic este practic interschimbabil.

Surse naturale

Două treimi din producția mondială de decahidrat (sare Glauber) provine din forma minerală naturală mirabilite, cum ar fi cea din albii lacurilor din sudul Saskatchewan . În 1990, Mexicul și Spania erau principalii producători mondiali de sulfat de sodiu natural (fiecare cu aproximativ 500.000 de tone), cu Rusia , Statele Unite și Canada cu aproximativ 350.000 de tone. Resursele naturale sunt estimate la peste 1 miliard de tone.

Principalii producători de la 200.000 la 1.500.000 tone / an în 2006 au inclus Searles Valley Minerals (California, SUA), Airborne Industrial Minerals (Saskatchewan, Canada), Química del Rey (Coahuila, Mexic), Minera de Santa Marta și Criaderos Minerales Y Derivados, cunoscută ca Grupo Crimidesa (Burgos, Spania), Minera de Santa Marta (Toledo, Spania), Sulquisa (Madrid, Spania), Chengdu Sanlian Tianquan Chemical (județul Tianquan, Sichuan, China), Hongze Yinzhu Chemical Group (districtul Hongze, Jiangsu, China) ), Nafine Chemical Industry Group [zh] (Shanxi, China), provincia Sichuan Chuanmei Mirabilite (万胜镇 [zh], districtul Dongpo, Meishan, Sichuan, China) și Kuchuksulphat JSC (Altai Krai, Siberia, Rusia).

Sulfatul de sodiu anhidru apare în medii aride, cum ar fi minerarditul mineral. Se transformă încet în mirabilit în aerul umed. Sulfatul de sodiu se găsește și sub formă de glauberită, un mineral de sulfat de sodiu și calciu.

Industria chimica

Aproximativ o treime din sulfatul de sodiu din lume este produs ca produs secundar al altor procese din industria chimică. Cea mai mare parte a acestei producții este chimic inerentă procesului primar și doar marginal economică. Prin urmare, din efortul industriei, producția de sulfat de sodiu ca subprodus este în scădere.

Cea mai importantă producție chimică de sulfat de sodiu este în timpul producției de acid clorhidric, din clorură de sodiu (sare) și acid sulfuric, în procesul Mannheim :

{\ce {2 NaCl + H2SO4 -> 2 HCl + Na2SO4}}

{\ displaystyle {\ ce {2 NaCl + H2SO4 -> 2 HCl + Na2SO4}}}

{\ displaystyle {\ ce {2 NaCl + H2SO4 -> 2 HCl + Na2SO4}}}

Poate fi obținut și din dioxidul de sulf în procesul Hargreaves . Sulfatul de sodiu rezultat din aceste procese este cunoscut sub numele de quiche.

{\ce {4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O -> 4 HCl + 2 Na2SO4}}

{\ displaystyle {\ ce {4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O -> 4 HCl + 2 Na2SO4}}}

{\ displaystyle {\ ce {4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O -> 4 HCl + 2 Na2SO4}}}

A doua producție majoră de sulfat de sodiu sunt procesele în care excesul de hidroxid de sodiu este neutralizat de acid sulfuric, care se aplică pe scară largă în producția de raion. Această metodă este, de asemenea, aplicată în mod regulat și pregătire convenabilă de laborator.

{\ce {2 NaOH (aq) + H2SO4 (aq) -> Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)}}

{\ displaystyle {\ ce {2 NaOH (aq) + H2SO4 (aq) -> Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)}}}

{\ displaystyle {\ ce {2 NaOH (aq) + H2SO4 (aq) -> Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)}}}

Cu un ΔH egal cu -112,5 kJ. Prin urmare, reacția este extrem de exotermă.

În laborator poate fi sintetizat și prin reacția dintre bicarbonatul de sodiu și sulfatul de magneziu .

{\ce {2NaHCO3 + MgSO4 -> Na2SO4 + Mg(OH)2 + 2CO2}}

{\ displaystyle {\ ce {2NaHCO3 + MgSO4 -> Na2SO4 + Mg (OH) 2 + 2CO2}}}

{\ displaystyle {\ ce {2NaHCO3 + MgSO4 -> Na2SO4 + Mg (OH) 2 + 2CO2}}}

Cu toate acestea, deoarece sursele comerciale sunt ușor disponibile, sinteza de laborator nu este practicată adesea. Anterior, sulfatul de sodiu a fost, de asemenea, un produs secundar al producției de dicromat de sodiu, în care s-a adăugat acid sulfuric la soluția de cromat de sodiu formând dicromat de sodiu sau ulterior acid cromic. Alternativ, sulfatul de sodiu este sau a fost format în producția de carbonat de litiu , agenți de chelare , rezorcinol , acid ascorbic , pigmenți de silice , acid azotic și fenol .

Sulfatul de sodiu în vrac este de obicei purificat prin forma decahidrat, deoarece forma anhidră tinde să atragă compuși de fier și compuși organici. Forma anhidră este ușor produsă din forma hidratată prin încălzire ușoară.

În 2006, principalii producători de subproduse de sulfat de sodiu de 50-80 Mt / an includ Elementis Chromium (industria cromului, Castle Hayne, NC, SUA), Lenzing AG (200 Mt / an, industria raionului, Lenzing, Austria), Addiseo ( fost Rhodia, industria metioninei, Les Roches-Roussillon, Franța), Elementis (industria cromului, Stockton-on-Tees, Marea Britanie), Shikoku Chemicals (Tokushima, Japonia) și Visko-R (industria raionului, Rusia).

Aplicații

Industriile mărfurilor

Sulfatul de sodiu este un material foarte ieftin. Cea mai notabilă utilizare este ca o componentă a detergenților pentru rufe de casă, consumând aproximativ 50% din producția mondială. Cu toate acestea, această utilizare este în scădere, deoarece consumatorii casnici trec din ce în ce mai mult la detergenți compacti sau lichizi care nu includ sulfat de sodiu.

O altă utilizare importantă anterior pentru sulfatul de sodiu, în special în Statele Unite și Canada, este procesul Kraft pentru fabricarea pastei de lemn . Organice prezente în „lichiorul negru” al acestui proces sunt arse pentru a produce căldură, care este necesară pentru a determina reducerea sulfatului de sodiu în sulfura de sodiu. Cu toate acestea, datorită progreselor în eficiența termică a procesului de recuperare Kraft la începutul anilor 1960, s-a realizat o recuperare mai eficientă a sulfului și s-a redus drastic necesitatea tratamentului cu sulfat de sodiu. Prin urmare, utilizarea sulfatului de sodiu în industria de celuloză americană și canadiană a scăzut de la 1.400.000 de tone pe an în 1970 la doar 150.000 de tone în 2006.

Industria sticlei oferă o altă aplicație semnificativă pentru sulfatul de sodiu, ca a doua aplicație în Europa. Sulfatul de sodiu este utilizat ca agent de limpezire, pentru a ajuta la îndepărtarea bulelor mici de aer din sticla topită. Spală sticla și previne spumarea sticlei în timpul rafinării. Industria sticlei din Europa a consumat constant 110.000 de tone pe an în mod constant din 1970 până în 2006.

Sulfatul de sodiu este important în fabricarea țesăturilor, în special în Japonia, unde este cea mai mare aplicație. Sulfatul de sodiu ajută la „nivelare” prin reducerea sarcinilor negative asupra fibrelor, astfel încât coloranții să poată pătrunde uniform. Spre deosebire de clorura de sodiu alternativă, aceasta nu corodează vasele din oțel inoxidabil utilizate la vopsire. Această aplicație în Japonia și Statele Unite a consumat aproximativ 100.000 de tone în 2006.

Industria alimentară

Sulfatul de sodiu este utilizat ca diluant pentru colorarea alimentelor. Este cunoscut sub numele de aditiv E numărul E514.

Acumularea termică

Capacitatea ridicată de stocare a căldurii în tranziția de fază de la solid la lichid și temperatura de schimbare a fazei avantajoasă de 32 ° C fac ca acest material să fie deosebit de potrivit pentru stocarea căldurii solare de calitate inferioară pentru eliberarea ulterioară în aplicațiile de încălzire din mediu. În unele aplicații, materialul este încorporat în plăci termice care sunt plasate într-un spațiu mansardat, în timp ce în alte aplicații, sarea este încorporată în celule înconjurate de apă încălzită solară. Schimbarea fazei permite o reducere substanțială a masei materialului necesar pentru stocarea eficientă a căldurii (căldura de topire a sulfatului de sodiu decahidrat este de 82 kJ / mol sau 252 kJ / kg), cu avantajul suplimentar al consistenței temperaturii cu condiția ca este disponibil suficient material în etapa corespunzătoare.

Pentru aplicații de răcire, un amestec cu sare comună de clorură de sodiu (NaCI) scade punctul de topire la 18 ° C. Căldura de fuziune a NaCl · Na2SO4 · 10H2O a crescut de fapt ușor la 286 kJ / kg.

Aplicații la scară mică

În laborator, sulfatul de sodiu anhidru este utilizat pe scară largă ca agent de uscare inert, pentru a elimina urmele de apă din soluțiile organice. ^[2] Este mai eficient, dar funcționează mai lent decât sulfatul de magneziu . Este eficient numai sub aproximativ 30 ° C, dar poate fi utilizat cu o varietate de materiale, deoarece este chimic destul de inert. La soluție se adaugă sulfat de sodiu până când cristalele nu se mai aglomerează;

Sarea Glauber, forma decahidratată, este utilizată ca laxativ osmotic . Este eficient pentru eliminarea anumitor medicamente, cum ar fi acetaminofen (acetaminofen) din corp, de exemplu, după un supradozaj.

În 1953, sulfatul de sodiu a fost propus pentru stocarea căldurii în sistemele de încălzire solară pasive. Aceasta profită de solubilitatea sa ridicată și de entalpia mare de cristalizare (78,2 kJ / mol). ^[3]

Alte utilizări ale sulfatului de sodiu includ antigelul pentru ferestre, producția de amidon , ca aditiv în deodorantele pentru covoare și pentru hrana animalelor.

Cel puțin o companie, Thermaltake, realizează un covor de răcire pentru laptop (iXoft Notebook Cooler) folosind decahidrat de sulfat de sodiu în interiorul unui tampon din plastic matlasat. Materialul se transformă încet în lichid și recirculează, netezind temperatura laptopului și acționând ca un izolator. ^[4]

Utilizat pe scară largă în industria detergenților ca anti-îngroșător și ca inert cu costuri reduse. Aproximativ 50% din producția de sulfat de sodiu anhidru este destinată industriei detergenților.

Este utilizat în industria sticlei ca agent de rafinare și antispumant.

Utilizat în industria textilă ca fixator de pigmenți și ca corector de densitate.

Folosit în trecut în industria hârtiei ca albitor ; utilizarea scade astăzi din cauza modificărilor proceselor de fabricație.

Siguranță

Deși sulfatul de sodiu este în general considerat netoxic, ^[5] trebuie tratat cu grijă. Praful poate provoca astm temporar sau iritarea ochilor; acest risc poate fi prevenit prin utilizarea protecției ochilor și a unei măști de hârtie. Cu toate acestea, transportul său nu este reglementat în mod semnificativ și nu se aplică fraze R sau S. ^[6]

Notă

^ foaie informativă despre substanță pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Arhiva Internet .
^ Arthur I. Vogel, BV Smith și NM Waldron, Vogel's Elementary Practical Organic Chemistry 1 Preparations , 3rd, Londra, Longman Scientific & Technical, 1980.
^ Maria Telkes, Improvements in or related to a device and a composition of material for the storage of heat , în brevetul britanic nr. GB694553 , 1953.
^ Specificația IXoft , la thermaltake.com , Thermaltake Technology Co., Ltd. .. Accesat la 15 august 2015 ( arhivat la 12 martie 2016) .
^ Sulfat de sodiu (OMS 44 Additives Food Series) , la inchem.org , Organizația Mondială a Sănătății , 2000. Accesat la 6 iunie 2007 ( arhivat la 4 septembrie 2007) .
^ MSDS Sulfate Sulfate Anhydrous , at hazard.com , James T Baker, 2006. Accesat la 21 aprilie 2007 ( arhivat la 19 iunie 2003) .

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe sulfat de sodiu

linkuri externe

( EN ) Sulfat de sodiu , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	LCCN (EN) sh87006274 · GND (DE) 4137318-2

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei

[1] rmativă despre substanță pe IFA-GESTIS Arhivat 16 octombrie 2019 la Arhiva Internet .

[vogel-2] Arthur I. Vogel, BV Smith și NM Waldron, Vogel's Elementary Practical Organic Chemistry 1 Preparations , 3rd, Londra, Longman Scientific & Technical, 1980.

[3] Maria Telkes, Improvements in or related to a device and a composition of material for the storage of heat , în brevetul britanic nr. GB694553 , 1953.

[4] Specificația IXoft , la thermaltake.com , Thermaltake Technology Co., Ltd. .. Accesat la 15 august 2015 ( arhivat la 12 martie 2016) .

[WHO2000-5] Sulfat de sodiu (OMS 44 Additives Food Series) , la inchem.org , Organizația Mondială a Sănătății , 2000. Accesat la 6 iunie 2007 ( arhivat la 4 septembrie 2007) .

[msds-6] MSDS Sulfate Sulfate Anhydrous , at hazard.com , James T Baker, 2006. Accesat la 21 aprilie 2007 ( arhivat la 19 iunie 2003) .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]