NATRIUMSULFAAT (NA2SO4): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK, VERKRIJGEN - CHEMIE - 2025

Het natriumsulfaat een anorganisch zout met de chemische formule Na ₂ SO ₄ . Het bestaat uit een witte vaste stof, aanwezig in drie vormen: watervrij, het heptahydraat (nauwelijks verkrijgbaar) en het decahydraat (dat bekend staat als het zout van Glaubert); dit laatste is de meest voorkomende vorm van natriumsulfaat.

Natriumsulfaatdecahydraat, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, werd in 1625 ontdekt door Glaubert in bronwater, die het mirabiliszout (wonderbaarlijk zout) noemde vanwege zijn geneeskrachtige eigenschappen.

Kijk glas met een monster natriumsulfaat. Bron: Walkerma via Wikipedia.

Natriumsulfaat heeft tal van toepassingen in de textiel- en papierindustrie, maar ook in de glasproductie. Het gebruik ervan wordt uitgebreid tot thermische toepassingen, waaronder de levering van omgevingswarmte en koeling van laptops.

Natriumsulfaat is een verbinding met een lage toxiciteit en de schadelijke effecten ervan zijn voornamelijk mechanisch en niet-chemisch. Om kristallografische redenen heeft dit zout, net als zijn kalium-tegenhanger, K ₂ SO ₄ , rooster- en polymorfe structuren.

Structuur

Watervrij zout

Watervrije natriumsulfaationen. Bron: Claudio Pistilli

De formule Na ₂ SO ₄ geeft meteen aan dat de Na ⁺ en SO ₄ ^2- ionen in een 1: 2 verhouding in de zoutkristallen zitten ; dat wil zeggen, voor elke twee Na ⁺ kationen is er een anion SO ₄ ^{2 dat} ermee in wisselwerking staat door middel van elektrostatische aantrekking (bovenste afbeelding).

Dit geldt natuurlijk voor watervrij Na ₂ SO ₄ , zonder watermoleculen die gecoördineerd zijn met het natrium in de kristallen.

Sodium sulfaat

Ondanks dat het een ogenschijnlijk eenvoudig zout is, is de beschrijving ervan structureel complex. Na ₂ SO ₄ vertoont polymorfisme met maximaal vijf kristallijne fasen: I, II, III, IV en V, waarvan de overgangstemperaturen respectievelijk 180, 200, 228, 235 en 883 ºC zijn.

Hoewel er geen referenties zijn die dit bevestigen, moet Na ₂ SO ₄ I degene zijn met een hexagonale kristallijne structuur, dichter in vergelijking met de orthorhombische Na ₂ SO ₄ III, in wiens kristallen Na ⁺ tetraëders vormt (NaO ₄ ) en coördinatie octaëders (NaO ₆ ); dat wil zeggen, het kan omgeven zijn door vier of zes SO ₄ ^2- anionen .

Gedehydrateerd zout

Ondertussen is de monokliene kristallijne structuur van zijn belangrijkste hydraat, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, eenvoudiger. Daarin zijn het praktisch de watermoleculen die een interactie aangaan of coördineren met de Na ⁺ in de Na (H ₂ O) ₆ ⁺ octaëders , waarbij de SO ₄ ² net genoeg stabiliteit geeft aan het kristal zodat het in de vaste fase bestaat.

Het smeltpunt (32,38 ° C) dat veel lager is dan dat van het watervrije zout (884 ° C) laat zien hoe watermoleculen en hun waterstofbruggen de sterkere ionische interacties in Na ₂ SO ₄ verzwakken .

Eigendommen

Namen

-Natriumsulfaat (IUPAC)

-Glauber's zout (decahydraat)

- Wonderbaarlijk zout (decahydraat)

-Dinatriumsulfaat.

Molaire massa

142,04 g / mol (watervrij)

322,20 g / mol (decahydraat)

Fysiek uiterlijk

Witte hygroscopische kristallijne vaste stof

Geur

Toilet

Smaak

Bitter en zout

Dichtheid

2.664 g / cm ³ (watervrij)

1464 g / cm ³ (decahydraat)

Merk op hoe de watermoleculen in de kristallen ervoor zorgen dat ze uitzetten en daarom hun dichtheid verminderen.

Smeltpunt

884 ºC (watervrij)

32,38 ºC (decahydraat)

Kookpunt

1.429 ºC (watervrij)

Oplosbaarheid in water

4,76 g / 100 ml (0 ºC)

13,9 g / 100 ml (20 ° C)

42,7 g / 100 ml (100 ° C)

Alle oplosbaarheidswaarden komen overeen met het watervrije zout, dat bij alle temperaturen goed oplosbaar is in water.

De oplosbaarheid neemt abrupt toe tussen 0 ° C en 38,34 ° C, waarbij wordt opgemerkt dat in dit temperatuurbereik de oplosbaarheid meer dan 10 keer toeneemt. Vanaf 32,38 ° C is de oplosbaarheid echter temperatuuronafhankelijk.

Het komt voor dat bij een temperatuur van 32,8 ºC het gedecahydrateerde natriumsulfaat oplost in zijn eigen kristallijne water. Aldus wordt een evenwicht bereikt tussen het decahydraatzout, het watervrije zout en de verzadigde oplossing van natriumsulfaat.

Zolang de driefasige toestand wordt gehandhaafd, blijft de temperatuur constant, waardoor de temperatuur van de thermometer kan worden gekalibreerd.

Aan de andere kant zijn de oplosbaarheden voor het heptahydraatzout:

19,5 g / 100 ml (0 ºC)

44,0 g / 100 ml (20 ° C)

Merk op dat het heptahydraatzout bij 20 ° C drie keer beter oplosbaar is dan het watervrije zout.

Brekingsindex

1468 (watervrij)

1.394 (decahydraat)

Stabiliteit

Stabiel onder de aanbevolen opslagomstandigheden. Onverenigbaar met sterke zuren en basen, aluminium en magnesium.

Ontleding

Bij verhitting tot ontbinding geeft het giftige rook van zwaveloxide en natriumoxide af.

pH

Een 5% waterige oplossing heeft een pH van 7.

Reactiviteit

Natriumsulfaat dissocieert in waterige oplossing in 2 Na ⁺ en SO ₄ ^2- , waardoor het sulfaation met Ba ²⁺ kan combineren om bariumsulfaat neer te slaan. Het helpt praktisch om bariumionen uit watermonsters te verplaatsen.

Natriumsulfaat wordt omgezet in natriumsulfide door bij verhoogde temperaturen te reageren met steenkool:

Na ₂ SO ₄ + 2 C => Na ₂ S + 2 CO ₂

Glaubert's zout, watervrije natriumsulfaat ₄ .10H ₂ O reageert met kalium carbonaat natriumcarbonaat.

Toepassingen

Papierindustrie

Natriumsulfaat wordt gebruikt bij de vervaardiging van papierpulp. Het wordt gebruikt bij de productie van kraftpapier, dat geen lignine bevat en niet wordt onderworpen aan het bleekproces, waardoor het een grote weerstand heeft. Bovendien wordt het gebruikt bij de vervaardiging van karton.

Wasmiddelen

Het wordt gebruikt als vulmateriaal voor synthetische huishoudelijke wasmiddelen en wordt toegevoegd aan wasmiddel om de oppervlaktespanning te verminderen.

Bril

Het wordt gebruikt bij het maken van glas om de aanwezigheid van kleine luchtbellen in gesmolten glas te verminderen of te elimineren. Bovendien elimineert het de vorming van slak tijdens het raffinageproces van het gesmolten glas.

Textielindustrie

Natriumsulfaat wordt gebruikt als bijtmiddel, omdat het de interactie van kleurstoffen met de vezels van weefsels vergemakkelijkt. Natriumsulfaatdecahydraat wordt gebruikt in de kleurtest.

Bovendien wordt natriumsulfaat gebruikt als kleurstofverdunningsmiddel en kleurstofprinthulpmiddel; zoals directe kleurstoffen, zwavelkleurstoffen en andere middelen die vlekken op katoen bevorderen. Het wordt ook gebruikt als vertragingsmiddel voor directe zijdekleurstoffen.

Geneesmiddel

Natriumsulfaat-decahydraat wordt gebruikt als laxeermiddel, omdat het slecht wordt opgenomen in de darm en daarom in het lumen van de darm blijft, waardoor het volume toeneemt. Dit stimuleert de toename van peristaltische contracties die de uitdrijving van de darminhoud induceren.

Natriumsulfaat is een tegengif om barium- en loodzoutvergiftiging onder controle te houden. Glaubert's zout is effectief bij het elimineren van bepaalde overmatig ingenomen medicijnen; bijvoorbeeld paracetamol (acetoaminofen).

Bovendien wordt het gebruikt om deficiënte elektrolyten in iso-osmotische oplossingen te leveren.

Droogmiddel

Natriumsulfaat, dat een inert reagens is, wordt gebruikt om water uit oplossingen van organische verbindingen te verwijderen.

Grondstof

Natriumsulfaat wordt gebruikt als grondstof voor de productie van tal van stoffen, waaronder: natriumsulfide, natriumcarbonaat en ammoniumsulfaat.

Het verkrijgen van

Natriumsulfaat wordt verkregen door mijnextractie en door chemische reacties.

Mijnbouwwinning

Er zijn drie ertsen of mineralen die worden geëxploiteerd met commerciële opbrengst: thenardiet (Na ₂ SO ₄ ), mirabiliet (Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O) en glaubariet (Na ₂ SO ₄ · CaSO ₄ ).

In Spanje worden thardiet- en mirabilietafzettingen geëxploiteerd door ondergrondse mijnbouw van galerijen en pilaren. Ondertussen wordt het glauberiet in de open lucht verkregen door middel van grote vlotten die op de minerale afzetting worden geplaatst.

Het land wordt voorbereid met stralen met lage intensiteit om een ​​porositeit te produceren die de uitloging van natriumsulfaat mogelijk maakt. De productiefase vindt plaats met irrigatie van glauberiet met zoetwatersproeier, waarvan de uitloging zich naar beneden verspreidt.

De natriumsulfaatpekel wordt opgevangen, waarbij het calciumsulfaatresidu achterblijft als vulling.

Chemische productie

Natriumsulfaat wordt tijdens de productie van zoutzuur verkregen door twee processen: het Mannheim-proces en het Hardgreaves-proces.

Mannheim-proces

Het wordt uitgevoerd in grote staalovens en met een stalen reactieplatform van 6 m. De reactie vindt plaats tussen natriumchloride en zwavelzuur:

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

Hardgreaves-proces

Het omvat de reactie van natriumchloride, zwaveloxide, zuurstof en water:

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

Anderen

Natriumsulfaat wordt geproduceerd in de neutralisatiereactie tussen natriumhydroxide en zwavelzuur:

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

Natriumsulfaat is een bijproduct van de productie van talrijke verbindingen. Het wordt gewonnen uit het vloeibare afval dat vrijkomt bij de productie van viscose en cellofaan. Ook bij de productie van natriumdichromaat, fenolen, boorzuur en lithiumcarbamaat.

Risico's

Natriumsulfaat wordt beschouwd als een verbinding met een lage toxiciteit. Het kan echter enige schade toebrengen aan de persoon die het onjuist gebruikt.

Contact kan bijvoorbeeld oogirritatie, roodheid en pijn veroorzaken. Op de huid kan het bij sommige mensen irritatie en allergie veroorzaken. De inname ervan kan irritatie van het spijsverteringskanaal veroorzaken met misselijkheid, braken en diarree. En ten slotte veroorzaakt de inademing irritatie van de luchtwegen.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sodium sulfaat. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Sodium sulfaat. PubChem-database. CID = 24436. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. BN Mehrotra. (1978). De kristalstructuur van Na ₂ SO ₄ III. Hersteld van: rruff-2.geo.arizona.edu
5. Glauberiet-Thenardiet (natriumsulfaat). . Hersteld van: igme.es