NATRIUMSULFAT (NA2SO4): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, GEWINNUNG - CHEMIE - 2025

Das Natriumsulfat ist ein anorganisches Salz mit der chemischen Formel Na ₂ SO ₄ . Es besteht aus einem weißen Feststoff, der in drei Formen vorliegt: wasserfrei, das Heptahydrat (kaum verfügbar) und das Decahydrat (bekannt als Glaubert-Salz); Letzteres ist die am häufigsten vorkommende Form von Natriumsulfat.

Natriumsulfatdecahydrat, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, wurde 1625 von Glaubert im Quellwasser entdeckt, der es aufgrund seiner medizinischen Eigenschaften Mirabilis-Salz (Wundersalz) nannte.

Uhrglas mit einer Probe Natriumsulfat. Quelle: Walkerma über Wikipedia.

Natriumsulfat hat zahlreiche Anwendungen in der Textil- und Papierindustrie sowie in der Glasherstellung. Seine Verwendung erstreckt sich auf thermische Anwendungen, einschließlich der Bereitstellung von Umgebungswärme und der Kühlung von Laptops.

Natriumsulfat ist eine Verbindung mit geringer Toxizität und seine schädlichen Wirkungen sind hauptsächlich mechanisch und nicht chemisch. Aus kristallographischen Gründen weist dieses Salz wie sein Kalium-Gegenstück K ₂ SO ₄ Gitter- und polymorphe Strukturen auf.

Struktur

Wasserfreies Salz

Wasserfreie Natriumsulfationen. Quelle: Claudio Pistilli

Die Formel Na ₂ SO ₄ zeigt sofort an, dass die Na ^{+ -} und SO ₄ ^2- -Ionen in den Salzkristallen im Verhältnis 1: 2 stehen; Das heißt, für jeweils zwei Na ⁺ -Kationen interagiert ein Anion SO ₄ ^2- durch elektrostatische Anziehung mit ihnen (oberes Bild).

Dies gilt natürlich für wasserfreies Na ₂ SO ₄ ohne Wassermoleküle, die mit dem Natrium in den Kristallen koordiniert sind.

Natriumsulfat

Obwohl es sich um ein scheinbar einfaches Salz handelt, ist seine Beschreibung strukturell komplex. Na ₂ SO ₄ zeigt einen Polymorphismus mit bis zu fünf kristallinen Phasen: I, II, III, IV und V, deren Übergangstemperaturen 180, 200, 228, 235 bzw. 883 ° C betragen.

Obwohl es keine Referenzen gibt, die dies bestätigen, muss Na ₂ SO ₄ I dasjenige mit einer hexagonalen Kristallstruktur sein, die dichter ist als das orthorhombische Na ₂ SO ₄ III, in dessen Kristallen Na ⁺ Tetraeder (NaO ₄ ) bildet. und Koordinationsoktaeder (NaO ₆ ); Das heißt, es kann von vier oder sechs SO ₄ ² -Anionen umgeben sein .

Dehydriertes Salz

Inzwischen ist die monokline Kristallstruktur seines wichtigsten Hydrats, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, einfacher. Darin sind es praktisch die Wassermoleküle, die mit dem Na ⁺ in den Na (H ₂ O) ₆ ⁺ -Oktaedern interagieren oder koordinieren , wobei das SO ₄ ^2- dem Kristall gerade genug Stabilität verleiht, so dass es in der festen Phase vorliegt.

Sein Schmelzpunkt (32,38 ° C), der viel niedriger als der des wasserfreien Salzes (884 ° C) ist, zeigt jedoch, wie Wassermoleküle und ihre Wasserstoffbrücken die stärkeren ionischen Wechselwirkungen in Na ₂ SO ₄ schwächen .

Eigenschaften

Namen

-Natriumsulfat (IUPAC)

-Glaubersalz (Decahydrat)

-Makröses Salz (Decahydrat)

-Dinatriumsulfat.

Molmasse

142,04 g / mol (wasserfrei)

322,20 g / mol (Decahydrat)

Aussehen

Weißer hygroskopischer kristalliner Feststoff

Geruch

Toilette

Geschmack

Bitter und salzig

Dichte

2,664 g / cm ³ (wasserfrei)

1.464 g / cm ³ (Decahydrat)

Beachten Sie, wie die Wassermoleküle in den Kristallen dazu führen, dass sie sich ausdehnen und daher ihre Dichte verringern.

Schmelzpunkt

884 ºC (wasserfrei)

32,38 ºC (Decahydrat)

Siedepunkt

1.429 ºC (wasserfrei)

Wasserlöslichkeit

4,76 g / 100 ml (0 ° C)

13,9 g / 100 ml (20 ° C)

42,7 g / 100 ml (100 ° C)

Alle Löslichkeitswerte entsprechen dem wasserfreien Salz, das bei allen Temperaturen gut wasserlöslich ist.

Die Löslichkeit steigt abrupt zwischen 0 ° C und 38,34 ° C an, wobei zu beachten ist, dass in diesem Temperaturbereich die Löslichkeit mehr als zehnmal ansteigt. Ab 32,38 ° C ist die Löslichkeit jedoch temperaturunabhängig.

Es kommt vor, dass sich bei einer Temperatur von 32,8 ºC das Natriumsulfatdecahydrat in seinem eigenen kristallinen Wasser löst. Somit wird ein Gleichgewicht zwischen dem Decahydratsalz, dem wasserfreien Salz und der gesättigten Natriumsulfatlösung erreicht.

Solange der dreiphasige Zustand aufrechterhalten wird, bleibt die Temperatur konstant, wodurch die Temperatur der Thermometer kalibriert werden kann.

Andererseits sind die Löslichkeiten für das heptahydrierte Salz:

19,5 g / 100 ml (0 ºC)

44,0 g / 100 ml (20 ° C)

Beachten Sie, dass das Heptahydratsalz bei 20 ° C dreimal löslicher ist als das wasserfreie.

Brechungsindex

1.468 (wasserfrei)

1,394 (Decahydrat)

Stabilität

Stabil unter empfohlenen Lagerbedingungen. Unverträglich mit starken Säuren und Basen, Aluminium und Magnesium.

Zersetzung

Beim Erhitzen zur Zersetzung entsteht giftiger Rauch von Schwefeloxid und Natriumoxid.

pH

Eine 5% ige wässrige Lösung hat einen pH-Wert von 7.

Reaktivität

Natriumsulfat dissoziiert in wässriger Lösung in 2 Na ⁺ und SO ₄ ^2- , wodurch sich das Sulfation mit Ba ^{2+ verbinden kann,} um Bariumsulfat auszufällen. Es hilft praktisch dabei, Bariumionen aus Wasserproben zu verdrängen.

Natriumsulfat wird durch Reaktion bei erhöhten Temperaturen mit Kohle in Natriumsulfid umgewandelt:

Na ₂ SO ₄ + 2 C => Na ₂ S + 2 CO ₂

Glauberts Salz, NaSO ₄ .10H ₂ O, reagiert mit Kaliumcarbonat unter Bildung von Natriumcarbonat.

Anwendungen

Papierindustrie

Natriumsulfat wird zur Herstellung von Papierzellstoff verwendet. Es wird bei der Herstellung von Kraftpapier verwendet, das kein Lignin enthält und nicht dem Bleichprozess unterzogen wird, was ihm eine hohe Beständigkeit verleiht. Darüber hinaus wird es bei der Herstellung von Pappe verwendet.

Reinigungsmittel

Es wird als Füllstoff für synthetische Haushaltswaschmittel verwendet und dem Waschmittel zugesetzt, um die Oberflächenspannung zu verringern.

Brille

Es wird bei der Glasherstellung verwendet, um das Vorhandensein kleiner Luftblasen in geschmolzenem Glas zu verringern oder zu beseitigen. Zusätzlich wird die Bildung von Schlacke während des Raffinierungsprozesses der Glasschmelze beseitigt.

Textilindustrie

Natriumsulfat wird als Beizmittel verwendet, da es die Wechselwirkung von Farbstoffen mit den Textilfasern erleichtert. Natriumsulfatdecahydrat wird im Farbstofftest verwendet.

Zusätzlich wird Natriumsulfat als Farbstoffverdünnungsmittel und Farbstoffdruckhilfsmittel verwendet; wie Direktfarbstoffe, Schwefelfarbstoffe und andere Mittel, die die Baumwollfärbung fördern. Es wird auch als Verzögerungsmittel für direkte Seidenfarbstoffe verwendet.

Medizin

Natriumsulfat-Decahydrat wird als Abführmittel verwendet, da es im Darm schlecht absorbiert wird und daher im Lumen des Darms verbleibt, was zu einer Volumenvergrößerung führt. Dies stimuliert die Zunahme peristaltischer Kontraktionen, die den Ausstoß des Darminhalts induzieren.

Natriumsulfat ist ein Gegenmittel gegen Barium- und Bleisalzvergiftungen. Glauberts Salz ist wirksam bei der Beseitigung bestimmter übermäßig aufgenommener Medikamente; zum Beispiel Paracetamol (Acetoaminophen).

Darüber hinaus wird es verwendet, um in isoosmotischen Lösungen vorhandene Elektrolyte zu liefern.

Trockenmittel

Natriumsulfat als inertes Reagenz wird verwendet, um Wasser aus Lösungen organischer Verbindungen zu entfernen.

Rohstoff

Natriumsulfat wird als Rohstoff für die Herstellung zahlreicher Substanzen verwendet, darunter: Natriumsulfid, Natriumcarbonat und Ammoniumsulfat.

Erhalten

Natriumsulfat wird durch Bergbaugewinnung und durch chemische Reaktionen gewonnen.

Bergbaugewinnung

Es gibt drei Erze oder Mineralien, die mit kommerzieller Ausbeute abgebaut werden: Thenardit (Na ₂ SO ₄ ), Mirabilit (Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O) und Glaubarit (Na ₂ SO ₄ · CaSO ₄ ).

In Spanien werden Thenardit- und Mirabilitvorkommen durch den Untertagebau von Galerien und Säulen abgebaut. In der Zwischenzeit wird der Glauberit im Freien mittels großer Flöße gewonnen, die auf der Minerallagerstätte platziert werden.

Das Land wird mit Strahlen geringer Intensität vorbereitet, um eine Porosität zu erzeugen, die das Auswaschen von Natriumsulfat ermöglicht. Die Produktionsphase erfolgt mit der Sprinklerbewässerung mit frischem Wasser des Glauberits, dessen Auswaschung sich nach unten ausbreitet.

Die Natriumsulfat-Salzlösung wird gesammelt, wobei der Calciumsulfat-Rückstand als Füllung zurückbleibt.

Chemische Produktion

Natriumsulfat wird bei der Herstellung von Salzsäure nach zwei Verfahren gewonnen: dem Mannheimer Verfahren und dem Hardgreaves-Verfahren.

Mannheimer Prozess

Es wird in großen Stahlöfen und mit einer 6 m langen Stahlreaktionsplattform durchgeführt. Die Reaktion findet zwischen Natriumchlorid und Schwefelsäure statt:

2 NaCl + H ₂ SO ₄ => 2 HCl + Na ₂ SO ₄

Hardgreaves-Prozess

Es beinhaltet die Reaktion von Natriumchlorid, Schwefeloxid, Sauerstoff und Wasser:

4 NaCl + 2 SO ₂ + O ₂ + 2 H ₂ O => 4 HCl + Na ₂ SO ₄

Andere

Natriumsulfat entsteht bei der Neutralisationsreaktion zwischen Natriumhydroxid und Schwefelsäure:

2 NaOH + H ₂ SO ₄ => Na ₂ SO ₄ + H ₂ O.

Natriumsulfat ist ein Nebenprodukt bei der Herstellung zahlreicher Verbindungen. Es wird aus dem flüssigen Abfall extrahiert, der bei der Herstellung von Viskose und Cellophan freigesetzt wird. Auch bei der Herstellung von Natriumdichromat, Phenolen, Borsäure und Lithiumcarbamat.

Risiken

Natriumsulfat wird als Verbindung mit geringer Toxizität angesehen. Dies kann jedoch der Person, die es nicht ordnungsgemäß verwendet, Schaden zufügen.

Zum Beispiel kann Kontakt Augenreizungen, Rötungen und Schmerzen verursachen. Auf der Haut kann es bei manchen Menschen zu Reizungen und Allergien kommen. Die Einnahme kann zu Reizungen des Verdauungstrakts mit Übelkeit, Erbrechen und Durchfall führen. Und schließlich führt das Einatmen zu Reizungen der Atemwege.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie . (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Natriumsulfat. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
3. Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. (2019). Natriumsulfat. PubChem-Datenbank. CID = 24436. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. BN Mehrotra. (1978). Die Kristallstruktur von Na ₂ SO ₄ III. Wiederhergestellt von: rruff-2.geo.arizona.edu
5. Glauberit-Thenardit (Natriumsulfat). . Wiederhergestellt von: igme.es