سولفات سدیم
سولفات سدیم، ترکیب مهمی از سدیم است. زمانی که بی آب است، جامد بلوری سفیدی از فرمول Na2SO4 است. دکا هیدرات، Na2SO4•10H2O، به عنوان نمک گلوبر یا
سولفات سدیم شناخته می شود.
سولفات سدیم عمدتاً برای تولید مواد شوینده و در فرآیند خمیرسازی کاغذ کرافت (نوعی کاغذ ضخیم) استفاده می شود، اگرچه کاربردهای بسیار دیگری دارد. تقریباً نیمی از تولید جهان، از شکل معدنی طبیعی دکا هیدرات (mirabilite)، و نیمی از محصولات جانبی فرآیندهای شیمیایی است.
تاریخچه
سولفات سدیم، نمک گلوبر، دکا هیدرات، که به عنوان sal mirabilis نیز شناخته شده است، پس از یوهان گلوبر، که در قرن 17 آن را کشف کرده است، به این اسم نامگذاری شد. کریستالهای سفید یا بی رنگ، در اصل به عنوان یک ملین به کار برده شدند.
خواص فیزیکی و شیمیایی
Na2SO4 از نظر شیمیایی بسیار پایدار است، و در دماهای معمولی نسبت به اکثر عوامل اکسیدکننده یا کاهش دهنده غیر فعال است. در دماهای بالا، می توان آن را به سولفید سدیم کاهش داد. یک نمک خنثی است، که محلولهای آبی را با pH برابر با 7 تشکیل می دهد. خنثی بودن چنین محلولهایی منعکس کننده این واقعیت است که به بین رسمی، Na2SO4 از یک اسید قوی (اسید سولفوریک) و یک باز قوی (هیدروکسید سدیم) حاصل میشود. به منظور دستیابی به تعادل غلظت اسید نمک سولفات هیدروژن سدیم،
سولفات سدیم با مقدار معادل اسید سولفوریک واکنش نشان میدهد:
(Na2SO4(aq) + H2SO4(aq) → 2 NaHSO4(aq
در واقع، تعادل بسیار پیچیده و وابسته به غلظت و درجه حرارت است، و سایر نمکهای اسید وجود دارد.
Na2SO4 یک سولفات معمولی یونی است، که حاوی یونهای Na+ و یونهای SO42− است. محلولهای آبی می توانند در هنگام ترکیب با نمکهای Ba2+ و یا Pb2+ رسوب تولید کند، که سبب تشکیل سولفاتهای نامحلول می شوند:
(Na2SO4(aq) + BaCl2(aq) → 2 NaCl(aq) + BaSO4( s
سولفات سدیم از ویژگیهای انحلال پذیری غیر معمولی در آب برخوردار است، که در نمودار زیر نشان داده شده است. انحلال پذیری آن بیش از ده برابر بین 0 درجه سانتیگرد تا 4/32 درجه سانتیگرد افزایش می یابد، که در آن به حداکثر 7/49 گرم Na2SO4 در هر 100 گرم آب میرسد. در این نقطه، منحنی انحلالپذیری، تغییر شیب میدهد، و انحلالپذیری تقریباً مستقل از درجه حرارت میشود. در حضور NaCl، انحلالپذیری Na2SO4 به طور قابل توجهی کاهش مییابد. چنین تغییراتی، مبنای استفاده از سولفات سدیم در سیستمهای گرمایش خورشیدی منفعل را فراهم می کنند، و در آماده سازی و خالص سازی
سولفات سدیم نیز وجود دارد.
این عدم انطباق در شرایط آبدار شدن قابل توضیح است، زیرا دمای 4/32 درجه سانتی گراد متناظر با درجه حرارتی است، که دکا هیدارات بلوری (نمک گلوبر) در آن تغییر می کند، تا یک فاز مایع سولفات و یک فاز جامد بی آب تولید کند.
پیدایش
حدود نیمی از تولید دکا هیدرات جهان (نمک گلوبر) از شکل معدنی طبیعی mirabilite است – که به عنوان مثال، در بسترهای دریاچه در Saskatchewan جنوبی یافت می شود. در سال 1990، مکزیک و اسپانیا، تولیدکنندگان اصلی
سولفات سدیم طبیعی بودند (هر کدام حدود 500 هزار تن)، و ایالات متحده USSR، ایالات متحده آمریکا و کانادا نیز مهم هستند (هر کدام حدود 350 هزار تن).
سولفات سدیم بدون آب در محیطهای خشک به عنوان thenardite معدنی ظاهر میشود، که کمتر از mirabilite متداول است. در هوا، به آرامی به mirabilite تبدیل میشود.
تولید
حدود نیمی از
سولفات سدیم جهان از منابع طبیعی (بالا را مشاهده کنید) حاصل می شود، در حالی که نیم دیگر به عنوان محصول جانبی سایر فرآیند تولید می شود. مهمترین آنها، تولید اسید هیدروکلریک از کلرید سدیم (نمک) و اسید سولفوریک (فرآیند Mannheim) است، که در این صورت، Na2SO4 به عنوان کیک نمکی شناخته می شود:
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
به طور متناوب، Na2SO4 با استفاده از فرایند Hargreaves از دی اکسید گوگرد قابل تولید است:
4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 Na2SO4 + 4 HCl
در ایالات متحده و بریتانیا، Na2SO4 به عنوان محصول جانبی مهم تولید دی کرومات سدیم است. سایر منابع Na2SO4 عبارتند از تعداد زیادی از فرآیندهایی، که در آنها اسید سولفوریک باقیمانده با هیدروکسید سدیم خنثی م یشود. این روش نیز مناسبترین آمادهسازی آزمایشگاهی است.
2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)
سولفات سدیم انبوه، معمولاً از طریق فرم دکا هیدرات پاک میشود، زیرا فرم بی آب تمایل به جذب ترکیبات آهن و ترکیبات آلی دارد. فرم بی آب به راحتی با گرم شدن ملایم از شکل هیدراته شده تولید میشود.
کاربردهای سولفات سدیم
در سال 1995،
سولفات سدیم انبوه، در حدود 70 دلار به ازای هر تن در ایالات متحده به فروش می رسید، که آن را به ماده بسیار ارزانی تبدیل کرد. احتمالاً بزرگترین کاربرد
سولفات سدیم، امروزه به عنوان پرکننده در مواد شوینده پودر لباسشویی خانگی است. کل مصرف Na2SO4 در اروپا، در سال 2001 حدود 6/1 میلیون تن بود، که از 80 درصد آن برای مواد شوینده استفاده شد. با این حال، این کاربرد در حال کاهش است، زیرا مصرفک نندگان داخلی به طور روزافزون به مواد شوینده مایعی سوئیچ می کنند، که شامل مواد شیمیایی نیستند.
کاربرد هم دیگر Na2SO4، به ویژه در ایالات متحده، در فرآیند کرافت برای تولید خمیر چوب است. مواد آلی موجود در "مشروب سیاه" از این فرآیند، برای تولید حرارت لازم برای هدایت کاهش
سولفات سدیم به سولفید سدیم سوزانده میشوند. با این حال، این فرآیند تا حدودی با فرآیندهای جدیدتر جایگزین میشود؛ استفاده از Na2SO4 در صنعت خمیر چوب ایالات متحده از 980000 تن در سال 1970 به تنها 210000 تن در سال 1990 کاهش یافت.
صنعت شیشه، کاربرد قابل توجه دیگری برای
سولفات سدیم نیز فراهم می کند، که در سال 1990 در ایالات متحده حدود 30000 تن را مصرف می کند (4 درصد کل مصرف ایالات متحده). از آن به عنوان "عامل پالایش" برای کمک به حذف حبابهای کوچک هوا از شیشه گداخته استفاده میشود. شیشه را گداخته کرده، و مانع از تشکیل کف شیشه ذوب شده در طول پالایش می شود.
سولفات سدیم در تولید پارچه ها، به ویژه در ژاپن مهم است. به "تسطیح"، کاهش بارهای منفی روی فیبرها کمک میکند، بطوریکه رنگها میتوانند به طور مساوی نفوذ کنند. بر خلاف کلرید سدیم جایگزین، سبب پوسیدن مخازن فولادی ضد زنگ مورد استفاده در رنگرزی نمی شود.
نمک گلوبر، دکا هیدرات، قبلاً به عنوان ملین استفاده می شد. برای ذخیره سازی گرما در سیستم های گرمایش خورشیدی منفعل نیز پیشنهاد شده است. از خواص انحلال پذیری غیر معمولی (بالا را ملاحظه کنید)، و گرمای بالای تبلور (kJ/mol 2/78) بهره می گیرد. سایر کاربردهای
سولفات سدیم عبارتند از:
- کدر شدن پنجره ها،
- در تجدیدکنندههای فرش
- تولید نشاسته
- به عنوان افزودنی برای غذای گاو
- در آزمایشگاه، سولفات سدیم بی آب به طور گستردهای به عنوان عامل خشک کننده بی اثر برای محلولهای آلی به کار برده می شود، تا زمانی که کریستالها دیگر با هم مخلوط نشوند، Na2SO4 به محلول اضافه می شود.
احتیاط
اگر چه به طور کلی،
سولفات سدیم غیر سمی محسوب می شود، با احتیاط آن را جابجا کنید.
