碳酸鈉

碳酸鈉的研究和應用歷史悠久。在人工合成純鹼之前，古埃及人已在製造玻璃中使用天然碳酸鈉，此外，古代就發現某些海藻晾曬後，燒成的灰燼中含有鹼類，用熱水浸取、濾清後可得褐色鹼液用於洗滌。大量的天然鹼來自礦物，以地下埋藏或鹼水湖為主。以沉積層存在的天然鹼礦品位最高，分佈甚廣。最早發明人工合成純鹼方法是18世紀末，法國路布蘭用芒硝加石灰石和煤在高温下還原並進行碳酸化，得到以含Na₂CO3為主的粗製品—黑灰，經過浸取、蒸發、精製、再結晶、烘乾，獲得純度約為97%的重質純鹼 ^[5]  。1791年，路布蘭獲得專利權。同年，法國奧爾良公爵籌集款項，在巴黎附近的聖但尼建立了第一個路布蘭法制鹼工廠。1823年，英國取消鹽税，引進路布蘭法，在利物浦建成純鹼工廠，並投入生產。1825年至1880年期間，是路布蘭法制鹼的鼎盛時期。這種制鹼方法帶動了硫酸、鹽酸漂白粉、芒硝以及硫磺等一系列化工產品的生產:對於諸如氣體洗滌器、旋轉爐、機械烤爐開口式特蘭鍋和香克式浸溶裝置等的出現，也起到巨大的促進作用。路布蘭法是純鹼工業興起的重要里程碑。但該法生產的純鹼產品純度較低，生產成本高勞動效率低，且難以連續作業，加之回收的鹽酸腐蝕性強，必須外銷或另作處理，使得探索新的制鹼方法的需求一直存在 ^[9]  。1861年，比利時歐內斯特·索爾維獨自發明瞭純鹼並獲得過專利。由於技術秘密保護一直未能大範圍應用，20世紀20年代才從美國突破，尤其是中國著名的化工專家侯德榜於1932年出版了《純鹼製造》一書，將保密70年，索爾維法公佈於世。侯德榜還於1939-1942創建了侯氏制鹼法，並在四川建立了中試車間。1952年在大連化工廠設立了聯合制鹼車間。日本旭硝子公司推出的NA法，實質上是聯鹼和氨鹼的折中法。可隨意調節純鹼與氯化銨的比例 ^[5]  。

碳酸鈉的水溶液呈鹼性且有一定的腐蝕性，能與酸發生複分解反應，也能與一些鈣鹽、鋇鹽發生複分解反應。溶液顯鹼性，可使酚酞變紅。

穩定性較強，但高温下也可分解，生成氧化鈉和二氧化碳：

長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，並結成硬塊：

碳酸鈉的結晶水合物石鹼（Na₂CO₃·10H₂O）在乾燥的空氣中易風化：

在（298.15K，100K）的熱力學函數：

狀態：固態

標準摩爾生成焓

：-1130.8 kJ·mol^{-1 [1]} 

標準摩爾生成吉布斯自由能

：-1048.1 kJ·mol^{-1 [1]} 

標準熵

：138.8 J·mol^-1·K^{-1 [1]} 

由於碳酸鈉在水溶液中水解，電離出的碳酸根離子與水中氫離子結合成碳酸氫根離子，導致溶液中氫離子減少，剩下電離的氫氧根離子，所以溶液pH顯鹼性。

由於碳酸根可以結合水中的質子（即氫離子）生成碳酸氫根和碳酸，並且能結合酸中的質子釋放二氧化碳。所以碳酸鈉在酸鹼質子理論中屬於布朗斯特鹼。

以鹽酸為例。當鹽酸足量時，生成氯化鈉和碳酸，不穩定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水。這個反應可以用來製備二氧化碳： ^[2] 

總的化學方程式是：

當鹽酸少量時發生如下反應：

碳酸鈉與其他種類的酸也能發生類似的反應。

碳酸鈉能和氫氧化鈣、氫氧化鋇等鹼發生複分解反應，生成沉澱和氫氧化鈉。工業上常用這種反應制備燒鹼（俗稱苛化法）： ^[3] 

碳酸鈉能和鈣鹽、鋇鹽等發生複分解反應，生成沉澱和新的鈉鹽：

由於碳酸鈉在水中水解生成氫氧化鈉和碳酸，它與某些鹽的反應則會推動化學平衡向正方向移動，生成相應的鹼和二氧化碳：

實驗室製取碳酸鈉：

。

最早在1791年，古人就開始用食鹽、硫酸、煤、石灰石為原料生產碳酸鈉，是為呂布蘭法。

此法原料利用不充分、勞動條件惡劣、產品質量不佳，逐漸為索爾維法代替。

1859年，比利時人索爾維，用食鹽、氨水、二氧化碳為原料，於室温下從溶液中析出碳酸氫鈉，將它加熱，即分解為碳酸鈉，人們將此方法稱為索氏制鹼法，此法一直沿用至今 ^[15]  。

氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，這是第一步：

第二步是：碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉澱和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉澱是因為它的溶解度較小。經過濾得到碳酸氫鈉固體：

這兩步總的化學方程式是：

第三步：加熱分解碳酸氫鈉，生成水、二氧化碳和碳酸鈉即我們要的純鹼：

第四步：將第二步中副產的氯化銨和熟石灰混合加熱，得到的氨氣可循環利用：

1943年中國人侯德榜留學海外歸來，他結合中國內地缺鹽的國情，對索爾維法進行改進，將純鹼和合成氨兩大工業聯合，同時生產碳酸鈉和化肥氯化銨，大大地提高了食鹽利用率，是為侯氏制鹼法 ^[16]  。

第一步，氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，第二步碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉澱和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉澱是因為它的溶解度較小。經過濾得到碳酸氫鈉固體。（這兩步和上面的索氏制鹼法相同）。

第三步，合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售，其餘的碳酸氫鈉會被加熱分解，生成碳酸鈉，生成的二氧化碳可以重新回到第一步循環利用。

根據NH₄Cl溶解度比NaCl大，而在低温下卻比NaCl溶解度小的原理，在 278K～283K（5 ℃～10 ℃） 時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH₄Cl單獨結晶析出供做氮肥。

索氏制鹼法和侯氏制鹼法所不同的，是索氏法在整個製取過程中NH₃是循環使用的，而侯氏法在整個製取過程中，CO₂被循環利用，NH₄Cl直接作為純鹼的副產品——肥料。所以，索氏法的產品是碳酸鈉，副產品氯化鈣；而侯氏法的產品是碳酸鈉，副產品氯化銨。

此法優點：保留了氨鹼法的優點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96%；NH₄Cl可做氮肥；可與合成氨廠聯合，使合成氨的原料氣CO 轉化成CO₂，革除了CaCO₃制CO₂這一工序。

碳酸鈉是重要的化工原料之一，廣泛應用於輕工日化、建材、化學工業、食品工業、冶金、紡織、石油、國防、醫藥等領域， 用作製造其他化學品的原料、清洗劑、洗滌劑，也用於照相術和分析領域。其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其它工業。玻璃工業是純鹼的最大消費部門，每噸玻璃消耗純鹼0.2噸。在工業用純鹼中，主要是輕工、建材、化學工業，約佔2/3，其次是冶金、紡織、石油、國防、醫藥及其他工業 ^[8]  。

1、玻璃工業是純鹼的最大消費來源，每噸玻璃消耗純鹼0.2t。主要用於浮法玻璃、顯像管玻殼、光學玻璃等。

2、用於化工、冶金等。使用重質純鹼可以減少鹼塵飛揚、降低原料消耗、改善勞動條件，還可提高產品質量，同時減輕鹼粉對耐火材料的侵蝕作用，延長窯爐的使用壽命。

3、作緩衝劑、中和劑和麪團改良劑，可用於糕點和麪制食品，按生產需要適量使用。

4、作為洗滌劑用於羊毛漂洗，浴鹽和醫藥用，鞣革中的鹼劑。

5、用於食品工業，作中和劑、膨鬆劑，如製造氨基酸、醬油和麪制食品如饅頭、麪包等。還可配成鹼水加入麪食中，增加彈性和延展性。碳酸鈉還可以用於生產味精

6、彩電專用試劑

7、用於製藥工業，作解酸藥、滲透性輕瀉劑。

8、用於化學及電化學除油、化學鍍銅、鋁的浸蝕、鋁及合金的電解拋光、鋁的化學氧化、磷化後的封閉、工序間的防鏽、電解退除鉻鍍層和退除鉻的氧化膜等，亦用於預鍍銅、鍍鋼、鍍鋼鐵合金電解液中

9、冶金工業用作冶煉助熔劑、選礦用浮選劑，鍊鋼和煉銻用作脱硫劑。

10、印染工業用作軟水劑。

11、製革工業用於原料皮的脱脂、中和鉻鞣革和提高鉻鞣液鹼度。

12、定量分析中標定酸液的基準。測定鋁、硫、銅、鉛和鋅。檢驗尿液和全血葡萄糖。分析水泥中二氧化硅的助溶劑。金屬金相分析等。

碳酸鈉粉塵對皮膚、呼吸道和眼睛有刺激作用，長時間接觸本品溶液可能出現濕疹、皮膚鬆軟、皮炎等。

發生火災可用水、乾粉滅火劑、泡沫或二氧化碳施救。

蘇打是Soda的音譯，化學式為Na₂CO₃。它的名字頗多，學名叫碳酸鈉，俗名稱純鹼。帶有結晶水的叫水合碳酸鈉，有一水碳酸鈉（Na₂CO₃·H₂O）、七水碳酸鈉（Na₂CO₃·7H₂O）和十水碳酸鈉（Na₂CO₃·10H₂O）三種。

在三種蘇打中，碳酸鈉的用途最廣。它是一種十分重要的化工產品，是玻璃、肥皂、紡織、造紙、製革等工業的重要原料。冶金工業以及淨化水也都用到它。它還可用於其他鈉化合物的製造。早在十八世紀，它就和硫酸、鹽酸、硝酸、燒鹼並列為基礎化工原料——三酸兩鹼之一。在日常生活中，蘇打也有很多用途，比如它可以直接作為洗滌劑使用，在蒸饅頭時加一些蘇打，可以中和發酵過程中產生的酸性物質。

小蘇打的化學式是NaHCO₃。它的名字也有很多，學名碳酸氫鈉，又稱重碳酸鈉或酸式碳酸鈉。俗名除小蘇打外，還有焙燒蘇打、發酵蘇打和重鹼等。

小蘇打是白色晶體，溶於水，水溶液呈弱鹼性。

在熱空氣中，它能緩慢分解，放出一部分二氧化碳；加熱至270℃時全部分解放出二氧化碳：

它也能與酸（如鹽酸）作用放出二氧化碳：

小蘇打的這些性質，使它在生產和生活中有許多重要的用途。在滅火器裏，它是產生二氧化碳的原料之一；在食品工業上，它是發酵粉的一種主要原料；在製造清涼飲料時，它也是常用的一種原料；在醫療上，它是治療胃酸過多的一種藥劑。

大蘇打是硫代硫酸鈉的俗名，又叫海波（Hypo的音譯）。水合物帶有五個結晶水（Na₂S₂O₃·5H₂O），故也叫做五水硫代硫酸鈉。

大蘇打是無色透明的晶體，易溶於水，水溶液顯弱鹼性。它在33℃以上的乾燥空氣中風化而失去結晶水。

在中性、鹼性溶液中較穩定，在酸性溶液中會迅速分解：

大蘇打具有很強的絡合能力，能跟溴化銀形成絡合物：

根據這一性質，它可以作定影劑。洗相時，過量的大蘇打跟底片上未感光部分的溴化銀反應，轉化為可溶的

，把AgBr除掉，使顯影部分固定下來。

大蘇打還具有較強的還原性，能將氯氣等物質還原:

所以，它可以作為綿織物漂白後的脱氯劑。類似的道理，織物上的碘漬也可用它除去。另外，大蘇打還用於鞣製皮革、電鍍以及由礦石中提取銀等。

以上三種是較常見常用的三種“蘇打”。除此之外有時”臭蘇打“會提及進來。

臭蘇打是硫化鈉的俗名，化學式為Na₂S，又稱臭鹼、黃鹼、硫化鹼，具有臭味。溶解於冷水，極易溶於熱水，微溶於醇。

硫化鈉為無機化合物，純硫化鈉為無色結晶粉末。吸潮性強，易溶於水。水溶液呈強鹼性反應。觸及皮膚和毛髮時會造成灼傷。故硫化鈉俗稱硫化鹼。

硫化鈉受撞擊或者急劇加熱可能發生爆炸，化學性質不穩定，遇酸會放出有毒的硫化氫氣體：

硫化鈉能用於染料工業中生產硫化染料，是硫化青和硫化藍的原料。印染工業用作溶解硫化染料的助染劑。製革工業中用於水解使生皮脱毛，造紙工業用作紙張的蒸煮劑。還可用於紡織工業中棉織物染色的媒染劑、製藥工業用於生產解熱藥。硫化鈉還可用於直接電鍍中導電層的處理，通過硫化鈉與鈀反應生成膠體硫化鈀來達到在非金屬表面形成良好導電層的目的。