Natriumkarbonat

Strukturformel
$\mathrm{ \ \!\ \Biggl[}$ $\mathrm{ \ \!\ \Biggr]}$
Allgemeines
Name	Natriumcarbonat (wasserfrei)
Andere Namen	Soda calcinierte Soda (einfach) kohlensaures Natron E 500
Summenformel	Na2CO3
CAS-Nummer	497-19-8 (wasserfrei) 6132-02-1 (decahydrat)
Kurzbeschreibung	farbloses kristallines Pulver[1]
Eigenschaften
Molare Masse	105,99 g·mol–1
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,53 g·cm–3[1]
Schmelzpunkt	851 °C[1]
Siedepunkt	1600 °C (Zersetzung)[1]
Löslichkeit	gut in Wasser (217 g/l bei 20 °C)[1]
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [2] Reizend (Xi) R- und S-Sätze R: 36 S: (2)-22-26
LD50	4090 mg/kg (Ratte, oral)[3]
WGK	1[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Natriumcarbonat (Na₂CO₃), auch als calcinierte Soda bezeichnet, ist ein Salz der Kohlensäure. Als Lebensmittelzusatzstoff trägt es das Kennzeichen E 500.

Modifikationen

Natriumcarbonat ist polymorph, kristallisiert also in Abhängigkeit von Druck und Temperatur bei gleicher chemischer Zusammensetzung in verschiedenen Kristallsystemen, die wasserfrei sein oder 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.

• 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.

• 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).

• Hydrogencarbonat, Na(HCO₃) · Na₂CO₃ · 2H₂O: Bekannt als Mineral Trona.

Eigenschaften

Als Salz der schwachen Kohlensäure reagiert es mit stärkeren Säuren unter Bildung von Kohlenstoffdioxid (Aufschäumen). In Wasser löst es sich unter Wärmeentwicklung (Hydratationswärme) und Bildung einer stark alkalischen Lösung, 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 von großen Mengen von Natriumhydroxid war Natriumcarbonat die wichtigste Base. Natriumcarbonat bildet mit Wasser Natriumhydrogencarbonat und Natriumhydroxid. Eine Lösung von 50 g Natriumcarbonat pro Liter Wasser besitzt eine pH-Wert von 11,5.^[3].

$\mathrm{Na_2CO_3 + \ H_2O \longrightarrow \ NaHCO_3 + NaOH}$

An Luft reagiert das Natriumhydroxid dann unter Aufnahme von Kohlendioxid weiter zu Natriumhydrogencarbonat.

$\mathrm{NaOH + \ CO_2 \longrightarrow \ NaHCO_3}$

Vorkommen

In Sodaseen in Ägypten, 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.

Gewinnung und Darstellung

• Abbau von natürlich vorkommenden natriumcarbonathaltigen Substanzen. Wegen der vielfältigen Verunreinigungen werden die Minerale vor dem Transport und der Weiterverwendung umkristallisiert und in gereinigtes, kristallwasserfreies Soda aufgearbeitet (Trona-Verfahren – benannt nach dem Mineral Trona, welches den Grundstoff zur Herstellung liefert).
• Nach dem Leblanc-Verfahren (seit 1791): Natriumsulfat, Calciumcarbonat und Kohle werden zu Natriumcarbonat, Kohlenstoffdioxid und Calciumsulfid umgesetzt. Das Leblanc-Verfahren wird heute nicht mehr durchgeführt und wurde zur Herstellung von Natriumcarbonat durch das Solvay-Verfahren abgelöst. Das Leblanc-Verfahren ist jedoch von historischer Bedeutung, da mit ihm die Entwicklung der chemischen Großindustrie begann.

$\mathrm{Na_2SO_4 + \ CaCO_3 + 2 \ C \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ CaS + 2 \ CO_2}$

• Nach dem Solvay-Verfahren (auch Ammoniak-Soda-Verfahren, seit 1863): Einleiten von Ammoniak und Kohlendioxid in eine gesättigte Natriumchlorid-Lösung und des Erhitzen des so entstandenen Natriumhydrogencarbonates im Drehrohrofen.

$\mathrm{2 \ NaCl + 2 \ CO_2 + 2 \ NH_3 + 2 H_2O \longrightarrow 2 \ NaHCO_3 + 2 \ NH_4Cl}$

$\mathrm{2 \ NaHCO_3 \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ H_2O + \ CO_2}$

Dabei wird das entstandene Kohlenstoffdioxid und der Ammoniak aus der Reaktion des Ammoniumchlorides mit Calciumoxid oder Calciumhydroxid in den Prozess zurückgeführt, was diesen sehr wirtschaftlich macht.

$\mathrm{2 \ NH_4Cl + \ CaO \longrightarrow 2 \ NH_3 + \ CaCl_2 + \ H_2O}$

• Einleiten von Kohlenstoffdioxid in Natronlauge (technisch unbedeutend).

$\mathrm{2 \ NaOH \ + CO_2 \longrightarrow \ Na_2CO_3 + \ H_2O}$

Lagerung

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

Kalzinierte Soda muss dagegen in trockenen Räumen aufbewahrt werden, da sie – ohne feucht auszusehen – leicht durch Aufnahme von Wasser aus der Luft 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 jährlich ca. 39 Millionen Tonnen Soda produziert. In Deutschland betrug das Marktvolumen 1999 ca. 2,4 Millionen Tonnen. Der größte Anteil an Soda wird von fünf Industriebranchen aufgenommen.

• Die Glasindustrie verwendet Soda als Rohstoff für ihre Glasschmelzen. Sie ist der größte Sodaverbraucher. Soda ist einer der Glasbinder, der in der Glasschmelze das Auskristallisieren der wieder erstarrenden Schmelze verhindert und damit Glas amorph macht. Der Anteil an Soda bestimmt auch die Fließfähigkeit der Schmelze.
• Die Chemische Industrie setzt Soda zur Herstellung von Bleichmitteln, Borax, Chromaten wie Natriumchromat und Natriumdichromat, Farben, Füllstoffen, Gerbereihilfen, Industriereinigern, Kryolith, Leim- und Klebstoffen, Metallcarbonaten, Natronsalpeter, Perborat, Natriumphosphaten wie z. B. Pentanatriumtriphosphat, Silikaten (Wassergläser) wie z. B. Natriummetasilikat-Pentahydrat und Natriumorthosilikat, Sulfit, Ultramarinfarben, Wasserglas u. a. Chemikalien ein.
• In der Eisenhüttenindustrie wird Soda zur Entschwefelung von Roheisen, Gusseisen und Stahl und als Flotations- und Flussmittel verwendet.
• In der Waschmittel- und Seifenindustrie werden mit Soda Grobwaschmittel und andere Reinigungsmittel hergestellt und Fette verseift. Früher wurde Soda zu diesem Zweck kaustifiziert.
• In der Papier- und Zellstoffindustrie dient Soda sowohl zum Aufschluss, zur Neutralisation, zum Reinigen und Bleichen als auch zur Aufarbeitung von Altpapier.
• weitere Anwendungen:
  • Erzeugen der glänzend braunen Oberfläche von Laugengebäck
  • Lederindustrie
  • Wasserreinigung
  • Innere Speisewasseraufbereitung bei Dampfkesseln
  • Keramik- und Emailleherstellung
  • Textilindustrie
  • Rauchgasentschwefelung
  • Urtitersubstanz nach Arzneibuch
  • Wasserenthärter
  • Entgiftung von Nervenkampfstoffen
  • ph-Wert Anhebung in Schwimmbädern ("Plus Granulat" ist meist Natriumcarbonat)

Sodawasser

Der Ausdruck Sodawasser für ein kohlenstoffdioxidhaltiges Wasser leitet sich nur indirekt von Soda ab: Eine Sodalösung perlt beim Ansäuern Kohlenstoffdioxid aus. Dieses ausperlende Kohlenstoffdioxid kann man in Wasser einleiten um „Sodawasser“ (d. h. Mineralwasser) herzustellen.

Siehe auch

• Kohlensäure
• Natron

Quellen

1. ↑ ^{a b c d e f} Eintrag zu CAS-Nr. 497-19-8 in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 21.01.2008 (JavaScript erforderlich)
2. ↑ Eintrag zu CAS-Nr. 497-19-8 im European chemical Substances Information System ESIS
3. ↑ ^{a b} Sicherheitsdatenblatt Merck

Weblinks