Natriumcarbonat

Natriumcarbonat
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Salz		Carbonat

Eigenschaften

Na₂CO₃, M = 105,99 g/mol.

Im folgenden wird neben N. auch der histor. Name Soda benutzt. Kristallwasserfreies N. (auch calcinierte Soda genannt) bildet ein weißes, auf Haut u. Schleimhäute reizend wirkendes Pulver, D. 2,533, wobei man zwischen leichter calcinierter Soda (Schüttgew. 0,5–0,55 kg/L) u. schwerer calcinierter Soda (Schüttgew. 1,0–1,1 kg/L) unterscheidet, Schmp. 854 °C, stark hygroskop., kann in feuchten Räumen bis zu 10% Wasser binden, ohne feucht auszusehen. Man löst N. am leichtesten durch Einrühren in heißes Wasser: 100 g H₂O lösen bei 0 °C 7,1 g, bei 10 °C 12 g, bei 20 °C 21,7 g, bei 30 °C 37,2 g u. bei 100 °C 45,5 g Na₂CO₃. Die wäss. Lsg. reagiert stark alkal. (pH 11,6). N. ist ferner lösl. in Glycerin, jedoch unlösl. in Alkoholen. Es bildet mit Wasser drei Hydrate: Decahydrat (Kristallsoda), Na₂CO₃ · 10 H₂O, MR 286,14, farblose Krist., D. 1,44, Schmp. 32–34 °C; Heptahydrat, MR 232,10, rhomb. Krist., D. 1,51, Schmp. 35,4 °C; Monohydrat, MR 124,00, rhomb. Krist., D. 2,25, Schmp. 100 °C. Mit Säuren entwickelt N. unter Aufbrausen Kohlendioxid (Na₂CO₃ + H₂SO₄ Na₂SO₄ + H₂O + CO₂). Beim Sieden von tier. u. pflanzlichen Fettsäuren mit konz. N.-Lsg. entstehen Seifen.

Vorkommen

N. findet sich (in Mischung mit Natriumhydrogencarbonat) in großen Mengen in den Natronseen von Ägypten (Wadi Natrun), Nord- u. Südamerika. Der Soda-Gehalt von Owens Lake in Kalifornien wird allein auf rund 100 Mio. t geschätzt; aus diesem gewinnt man durch Wasserverdunstung ein ziemlich unreines Natriumcarbonat. Der ostafrikan. Magadi-See (70 Meilen von Nairobi entfernt) enthält eine bis zu 30 m dicke Schicht.

Beim Verbrennen von Kochsalz-reichen Meeres- od. Strandpflanzen hinterbleibt eine Soda-reiche Asche; auf diese Weise hat man bis etwa 1850 die meiste Soda gewonnen.

Herstellung

Leblanc-Verfahren

Bei dem 1790 von Leblanc – aufgrund eines 1775 von der Pariser Akademie der Wissenschaften ausgesetzten Preisausschreibens – entwickelten Verf. stellte man zunächst aus NaCl u. Schwefelsäure Natriumsulfat her, das mit Kalk u. Kohle erhitzt wurde:

Na₂SO₄ + CaCO₃ + 2 C Na₂CO₃ + CaS + 2 CO₂.

Anschließend wurde die Soda aus dem Reaktionsprodukt mit Wasser ausgelaugt. Nachteilig waren der hohe Energieverbrauch u. der Anfall an HCl u. lästigen CaS-haltigen Abfallprodukten, weshalb der Prozeß durch das Solvay-Verf. abgelöst wurde.

Solvay-Verfahren

(Ammoniak-Soda-Verf.): Bei diesem 1861 von E. Solvay ausgearbeiteten Verf. leitet man in eine nahezu gesätt. Kochsalzlsg. zuerst Ammoniak u. dann Kohlendioxid ein. Es entsteht hierbei Ammoniumhydrogencarbonat, das mit Kochsalz das verhältnismäßig schwer lösl. Natriumhydrogencarbonat gibt:

NH₄HCO₃ + NaCl NaHCO₃ + NH₄Cl.

Durch Erhitzen (Calcinieren) des Natriumhydrogencarbonats erhält man N. (Ammoniaksoda)

2 NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂;

das Kohlendioxid wird von neuem in die Salzlsg. geleitet. Aus der Mutterlauge wird das Ammoniak durch Behandlung mit gebranntem Kalk (2 NH₄Cl + CaO 2 NH₃ + H₂O + CaCl₂) zurückgewonnen u. wieder in den Produktionsprozeß zurückgeführt. Weiteres Kohlendioxid fällt beim Brennen des Kalks an, der zur Ammoniak-Rückgewinnung benötigt wird. Als letztes Abfallprodukt entsteht CaCl₂, das trotz des hohen Energieaufwandes in zunehmendem Maße aus den Ablaugen zurückgewonnen od. auf Gips verarbeitet wird, früher jedoch großenteils in die Abwässer geleitet wurde.

Natursoda-Gewinnung

Die Natursoda-Gewinnung erlangt wegen des niedrigen Energiebedarfs u. der geringen Umweltbelastung zunehmende Bedeutung. In den USA wird seit 1985 reine Soda ausschließlich aus Trona, Na₂CO₃ · NaHCO₃ · 2 H₂O, u. a. natürlichen N.-Vork. durch Löse-, Reinigungs- u. Eindampf- bzw. Calcinierprozesse hergestellt. Auch in Kenia, Mexico u. den GUS-Staaten gewinnt man Natursoda. Eine Neuentwicklung ist der Übergang vom bergmänn. Abbau auf die Gewinnung von Soda als wäss. Lsg. (Solution Mining).

Von der Weltjahresproduktion an N. (32,4 Mio. t 1990) entfallen 9,6 Mio. t auf Natursoda, der Rest wird synthet. hergestellt. In den USA wurden 1990 9,2 Mio. t, in den GUS-Staaten 4,5 Mio. t, in China 3,7 Mio. t, in der BRD 2,3 Mio. t, in Frankreich u. in Japan je 1,2 Mio. t, in Großbritannien u. Bulgarien je 1,0 Mio. t, in Polen 0,9 Mio. t u. in Rumänien 0,8 Mio. t N. hergestellt.

Verwendung

N. ist nach Natriumchlorid die techn. wichtigste Na-Verbindung. Etwa 50% werden bei der Glasfabrikation eingesetzt, 23% dienen zur Herst. von Chemikalien, davon ca. 1/3 Na-phosphate, etwa 5% gehen in die Papier- u. Zellstoff-Ind. u. weitere 5% in die Herst. von Seifen u. Waschmitteln. Kleinere Mengen Soda werden in fast allen Ind.-Zweigen verbraucht, z. B. zum Auswaschen von CO₂ aus Gemischen mit N₂ od. CO durch reversible Bildung von NaHCO₃ aus Na₂CO₃.

Als Lebensmittel-Zusatzstoff E 500 wird es als z. B. als Backtriebmittel eingesetzt.

Sicherheitshinweise

Bei der Verwendung von Natriumcarbonat beim Experimentieren gilt:

Auf Chemikalien-Gefäßen finden sich codierte Hinweise auf Gefährdungen und entsprechende Vorsorgemaßnahmen beim Umgang mit dieser Chemikalie. Diese sogenannten H- & P-Sätze hängen gemeinsam mit den Arbeitsregeln für Schülerexperimente als Betriebsanweisung im Chemieraum aus und müssen in jedem Fall beachtet werden!

Quelle

Römpp Lexikon Chemie – Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999