纯碱(碳酸钠)概述

基本属性

纯碱，化学名为碳酸钠(Na₂CO₃)，是一种无机化合物。它是白色结晶或颗粒状固体，具有强碱性，易溶于水，形成碱性溶液。碳酸钠的熔点约为851°C，沸点为1600°C。它的溶解度随水温的升高而增加。纯碱的分子式为Na₂CO₃，通常在工业中以不同的水合物形式存在，最常见的水合物是十水合碳酸钠(Na₂CO₃·10H₂O)，又称为洗涤碱。

纯碱名称

中文名： 碳酸钠

英文名： sodium carbonate

中文别名： 纯碱 | 无水碳酸钠

CAS号： 497-19-8

纯碱物理化学性质

密度： 2.53

沸点： 1600°C

熔点： 851 °C(lit.)

分子式： CNa2O3

分子量： 105.988

闪点： 169.8ºC

精确质量： 105.964287

PSA： 63.19000

外观性状： 白色无臭粉末

折射率： 1.535

储存条件

1.贮存于阴凉、干燥、通风良好的库房。

2.包装必须密封完整。防止受潮。应与酸类、潮湿物品等分开存放。

3.装卸时要轻拿轻放。防止包装破损。失火时，可用水、各种灭火器扑救。

稳定性 1.水溶液呈强碱性。在空气中极易潮解结块，并吸收CO2生成碳酸氢钠。按规格使用和贮存，不会发生分解，避免与氧化物接触。工作人员应作好防护，若不慎触及皮肤和眼睛，应立即用大量的流动清水冲洗。易溶于水，有吸湿性，十水合碳酸钠是无色单斜晶系柱状结晶，密度为1.45g/cm3，34～34.5℃时会溶解于结晶水，40～50℃干燥时成粉末。 2. 其水溶液水解呈碱性， 有一定的腐蚀性， 能与酸进行中和反应， 生成相应的盐并放出二氧化碳。高温可分解， 生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳生成碳酸氢钠， 并结成硬块。

水溶解性： 22 g/100 mL (20 ºC)

主要用途

纯碱是工业上使用广泛的化学品，具有多种重要用途：

1. **玻璃制造**

纯碱是生产玻璃的关键原料之一。它用于降低硅酸钙熔点，使其更易于熔化，并在玻璃配方中与硅酸钙(石英砂)及石灰石共同作用，形成理想的玻璃结构。

2. **洗涤剂和清洁剂**

由于其强碱性，纯碱广泛用于清洁剂、洗衣粉和洗涤剂中，能够有效去除油污、污垢等。在家庭清洁和工业清洗中也发挥着重要作用。

3. **水处理**

纯碱可用于水软化和水处理，特别是在硬水中，它可以与水中的钙、镁离子反应，形成沉淀，从而去除水中的硬度。

4. **化学工业**

纯碱是制造其他化学品(如氢氧化钠、碳酸氢钠等)的重要原料。它也用于合成某些盐类和化肥的生产。

5. **食品添加剂**

纯碱(碳酸钠)可以作为食品添加剂，尤其是在发酵食品和某些糕点的制作过程中，帮助调节pH值并增加产品的膨松度。

6. **制药和金属冶炼**

纯碱还被应用于某些制药产品的制造以及金属冶炼过程，特别是在生产铝、铜、锌等金属时，它能够起到熔化剂的作用。

合成路线

纯碱的合成主要依赖以下几种方法：

1. **索尔维法**

索尔维法(Solvay Process)是目前工业生产纯碱的主要方法。该方法通过氨气、二氧化碳、氯化钠和水反应得到碳酸钠。

2. **氨碱法**

在氨碱法中，氨和二氧化碳反应形成氨水溶液中的氨基碳酸盐，并进一步反应形成碳酸钠。该方法常用于小规模生产。

3. **溶液法**

在一些特定应用中，通过水合碳酸钠的溶解过程，直接获得所需的纯碱。这种方法通常需要较为精确的控制，避免水分过多或过少。

工业制备方法

由氨、二氧化碳和饱和食盐水为原料制得，称为联合制碱法，是中国化学家侯德榜在氨碱法的基础上改进而成，该法在世界博览会上获得金制奖章。在北美，由于有大量天然碳酸钠矿藏存在，用天然的碱人工加工精制是制取碳酸钠的主要手段。碳酸钠是化学及工业中的重要原材料。2003年，中国碳酸钠产量已经超过美国跃居世界第一。在联合制碱法发明以前，氨碱法(亦称为索尔维制碱法)应用最为广泛。是比利时人欧内斯特·索尔维于1862年发明的。反应分三个步骤进行：

1.NH3+CO2+H2O→NH4HCO3

2.NH4HCO3+NaCl→NaHCO3+NH4Cl

3.2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O

反应生成的CO2可以回收再用，而NH4Cl又可以与生石灰反应，产生NH3，重新作为原料使用：2NH4Cl+CaO→2NH3+CaCl2+H2O氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高，产品质量纯净，因而被称为“纯碱”，但最大的优点还在于成本低廉。1867年索尔维设厂制造的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章，此法被正式命名为索尔维法。此时，纯碱的价格大大下降。消息传到英国，正在从事路布兰法制碱的英国哈琴森公司取得了两年独占索尔维法的权利。1873年哈琴森公司改组为卜内门公司，建立了大规模生产纯碱的工厂，后来，法、德、美等国相继建厂。这些国家发起组织索尔维公会，设计图纸只向会员国公开，对外绝对保守秘密。凡有改良或新发现，会员国之间彼此通气，并相约不申请专利，以防泄露。除了技术之外，营业也有限制，他们采取分区售货的办法，例如中国市场由英国卜内门公司独占。由于如此严密的组织方式，凡是不得索尔维公会特许权者，根本无从问津氨碱法生产详情。直至20世纪初，许多国家要想探索索尔维法奥秘的厂商，无不以失败而告终。直至有关专利告终，此制作方法才大白于世。侯氏与索氏两法的区别：主要反应在对待氯化铵的态度上。索氏是加入生石灰发使氨逸出，而候氏是加入食盐使氯化铵结晶而出。

使用注意事项

在使用纯碱时，需要特别注意以下几点：

1. **避免吸入粉尘**

纯碱粉尘在空气中容易被吸入，长期暴露会对呼吸系统造成刺激或损害，因此在操作时应佩戴防尘口罩或适当的防护装备。

2. **避免接触皮肤和眼睛**

纯碱具有强碱性，直接接触皮肤或眼睛可能会引起烧伤或严重刺激。在使用过程中，应穿戴适当的防护手套和护目镜。

3. **储存与处理时注意防潮**

纯碱容易吸湿，因此在储存和使用时应防潮湿环境。避免长时间接触空气，以确保其质量。

4. **正确存放和使用环境**

应在干燥、阴凉、通风的环境中储存纯碱，避免高温和湿气，确保容器密封良好。

运输与存储

在运输和存储纯碱时，应遵守以下要求：

1. **运输方式**

纯碱通常以袋装、散装或桶装的形式进行运输。由于其易吸湿的特性，运输时应选择防潮包装，避免纯碱吸湿结块。应避免与强酸、强氧化剂或有毒化学品混合运输。

2. **储存条件**

储存纯碱时，应选择干燥、通风的仓库，并确保包装材料无泄漏。存放环境应避免阳光直射，以免导致温度过高或潮湿。在长期存储时，定期检查产品的质量，防止结块和变质。

3. **防潮措施**

纯碱对潮湿环境极为敏感，因此仓库的湿度控制非常重要。应保持仓库干燥，使用干燥剂或湿度控制设备，减少空气中的水分含量。

4. **应急处理**

在运输过程中，如发生泄漏或散落，应用扫帚等工具及时清理，避免与水接触以防止溶解。发生泄漏时，应迅速将泄漏的纯碱堆集，并妥善处理，避免对环境造成污染。

总结

纯碱作为一种重要的工业化学品，具有广泛的应用领域，从玻璃生产、清洁剂、化肥制造到食品加工等都发挥着重要作用。在合成、使用及存储过程中，需注意其碱性强、吸湿性高的特性，确保其在安全、有效的条件下使用。通过合理的运输和存储方式，可以最大限度地保证纯碱的质量和稳定性，满足工业和日常生活中的需求。