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Natriumcarbonat

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) 
07 – Achtung

Achtung

H- und P-Sätze H: Verursacht schwere Augenreizung.
P:
  • Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol nicht einatmen.
  • Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) 
Reizend
Reizend
(Xi)
R- und S-Sätze R: Reizt die Augen.
S:
  • Darf nicht in die Hände von Kindern gelangen. (Text nur erforderlich bei Abgabe an nichtgewerbliche Endverbraucher)
  • Staub nicht einatmen.
  • Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren.
Toxikologische Daten 4090 mg/kg (LD50, Ratte, oral)

Natriumcarbonat (fachsprachlich) oder Natriumkarbonat (Na2CO3), wasserfrei auch calcinierte Soda genannt, ist ein Salz der Kohlensäure. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt es das Kürzel E 500.

Modifikationen

Natriumcarbonat ist polymorph, kristallisiert also in Abhängigkeit von Druck und Temperatur bei gleicher chemischer Zusammensetzung in verschiedenen Kristallsystemen, die wasserfrei sein, aber auch Kristallwasser (Hydrat) enthalten können.

Wasserfrei, Na2CO3
Bekannt als Mineral Natrit oder unter der Bezeichnung calcinierte Soda, weiße Substanz mit einem Schmelzpunkt von 853 °C und einer Dichte von 2,51 g/cm3. Bildet sich bei Temperaturen größer 107 °C.
Monohydrat, Na2CO3 · H2O
Bekannt als Mineral Thermonatrit, bildet sich bei Temperaturen > 35,4 °C aus dem Heptahydrat.
Heptahydrat, Na2CO3 · 7 H2O
Bildet sich bei Temperaturen oberhalb 32,5 °C aus dem Decahydrat.
Decahydrat, Na2CO3 · 10 H2O
Bekannt als Mineral Soda oder unter der Bezeichnung Kristallsoda, kristallisiert bei unter 32,5 °C aus gesättigten Natriumcarbonat-Lösungen aus (Dichte 1,45 g/cm3).

Darüber hinaus findet sich Natriumcarbonat zusammen mit Natriumhydrogen- beziehungsweise Calciumcarbonat in der Natur in folgenden Mineralen:

Dihydrat, Na2Ca(CO3)2 · 2 H2O
Bekannt als Mineral Pirssonit.
Pentahydrat, Na2Ca(CO3)2 · 5 H2O
Bekannt als Mineral Gaylussit oder unter der Bezeichnung Natrocalcit.
Hydrogencarbonat, Na(HCO3) · Na2CO3 · 2 H2O
Bekannt als Mineral Trona.
Strukturformel
2 Natriumion \mathrm{ \ \!\ \Biggl[} Carbonat-Ion \mathrm{ \ \!\ \Biggr]}
Allgemeines
Name Natriumcarbonat (wasserfrei)
Andere Namen
  • Soda
  • calcinierte Soda
  • (einfach) kohlensaures Natron
  • E 500
Summenformel Na2CO3
CAS-Nummer
  • 497-19-8 (wasserfrei)
  • 24551-51-7 (Hydrat allgemein)
  • 5968-11-6 (Monohydrat)
  • 6132-02-1 (Decahydrat)
Kurzbeschreibung farbloses kristallines Pulver
Eigenschaften
Molare Masse 105,99 g/mol
Aggregatzustand fest
Dichte 2,53 g/cm3
Schmelzpunkt 851 °C
Siedepunkt 1600 °C (Zersetzung)
Löslichkeit gut in Wasser (217 g/l bei 20 °C)
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0 −1130,7 kJ/mol

Eigenschaften

Als Natriumsalz der schwachen Kohlensäure reagiert es mit stärkeren Säuren unter Bildung von Kohlenstoffdioxid (Aufschäumen). In Wasser löst Natriumcarbonat sich unter Wärmeentwicklung (Hydratationswärme). Eine stark alkalische Lösung entsteht, da das Carbonatanion als Base mit einem Proton aus dem Dissoziationsgleichgewicht des Lösungsmittels Wasser zum Hydrogencarbonation (HCO3) reagiert und eine entsprechend hohe Hydroxidionenkonzentration entsteht:

\mathrm{CO_3^{2-} + \ H_2O \leftrightharpoons \ HCO_3^- + \ OH^-}
Dissoziationsgleichgewicht des Carbonations in Wasser.

Vor der Verfügbarkeit größerer Mengen von Natriumhydroxid war Natriumcarbonat damit die wichtigste Base, da es sich in Wasser gelöst verhält wie eine Mischung aus Natriumhydrogencarbonat und Natriumhydroxid: Eine Lösung von 50 g Natriumcarbonat pro Liter Wasser weist einen pH-Wert von 11,5 auf.

\mathrm{Na_2CO_3 + \ H_2O \longrightarrow \ NaHCO_3 + NaOH}
Reaktion von Natriumcarbonat und Wasser.

Die Standardbildungsenthalpie von Natriumcarbonat beträgt ΔfH0298 = −1131,7 kJ/mol, die Freie Standardbildungsenthalpie ΔG0298 = −1048,4 kJ·mol−1, und die molare Standardentropie S0298 = 136,1 J·K−1 ·mol−1.

Vorkommen

Es kommt in Sodaseen in Ägypten, der Türkei (Van-See), Ostafrika (z.B. Lake Natron und andere Seen des Ostafrikanischen Grabens), Kalifornien, Mexiko und als Trona (Na(HCO3) · Na2CO3 · 2H2O) in Wyoming (USA), Mexiko, Ostafrika und in der südlichen Sahara vor.

Gewinnung und Herstellung

Calcinierte Soda
Wasserfreies Natriumcarbonat
Sodaherstellung nach Leblanc als chemischer Stufenprozess (grün = Edukte, schwarz = Zwischenprodukte, rot = Produkte)
Sodaherstellung nach Solvay als chemischer Kreisprozess (grün = Edukte, schwarz = Zwischenprodukte, rot = Produkte)
\mathrm{2 \ NaCl + \ H_2SO_4 \longrightarrow \ 2 \ HCl + \ Na_2SO_4}
\mathrm{Na_2SO_4 + \ CaCO_3 + 2 \ C \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ CaS + 2 \ CO_2}
\mathrm{2 \ NaCl + 2 \ CO_2 + 2 \ NH_3 + 2 H_2O \longrightarrow 2 \ NaHCO_3 + 2 \ NH_4Cl}
\mathrm{2 \ NaHCO_3 \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ H_2O + \ CO_2}
Das entstandene Kohlenstoffdioxid sowie der Ammoniak aus der Reaktion des Ammoniumchlorides mit Calciumoxid oder Calciumhydroxid werden dabei wieder in den Prozess zurückgeführt, was diesen sehr wirtschaftlich (und so zu einem der ersten in großem Stil praktizierten chemischen Kreisprozesse) machte.
\mathrm{2 \ NH_4Cl + \ CaO \longrightarrow 2 \ NH_3 + \ CaCl_2 + \ H_2O}
\mathrm{2 \ NaOH \ + CO_2 \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ H_2O}

Lagerung

Kristallsoda muss gut verschlossen in feuchten Räumen gelagert werden, da sie an trockener Luft Kristallwasser abgibt und in ein weißes Pulver zerfällt.

Umgekehrt muss man calcinierte, d.h. wasserfreie Soda in trockenen Räumen aufbewahren, da sie – ohne dadurch sofort feucht auszusehen – leicht Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und mit dieser in das Monohydrat Na2CO3 · H2O übergeht (Hygroskopie).

Verwendung

Natriumcarbonat wird seit langer Zeit durch den Menschen genutzt. Schon die alten Ägypter setzten es zum Mumifizieren ein. Ebenso fand es seit dem Altertum Verwendung als Reinigungsmittel und bei der Glasherstellung. Heute wird Natriumcarbonat von fast allen Industriezweigen eingesetzt und ist damit eines der vielseitigsten chemischen Produkte.

Weltweit wurden 1997 ca. 39 Millionen Tonnen Soda produziert. In Deutschland betrug das Marktvolumen 1999 ca. 2,4 Millionen Tonnen. Der größte Anteil an Soda wird dabei von den folgenden fünf Industriebranchen verbraucht:

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Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de
 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 05.10. 2020