Кальцинированная сода: физико-химические свойства и получение

Физико-химические характеристики

Кальцинированная сода внешне представляет собой хорошо растворимый в водной среде бесцветный порошок кристаллического строения, для которого свойственен сильнощелочной тип химической реакции. Это вещество характеризуется повышенной гигроскопичностью, в воздушной среде интенсивно поглощает влагу и углекислоту, что способствует образованию кислых солей NaHCO_3. В случае хранения на открытом воздухе кальцинированная сода подвержена быстрому слеживанию. Данное химическое соединение служит основным реагентом для связывания ионов кальция. В этом качестве оно применяется, когда требуется преобразовать кальциевую глину в натриевую.

Производство кальцинированной соды

Карбонат натрия, называемый кальцинированной содой (Na₂CO₃), является одним из самых важных продуктов химической отрасли. Без этого вещества в наши дни не может обойтись ни одна сфера народного хозяйства. Сегодня стекольной, мыловаренной, текстильной, нефтяной, целлюлозно-бумажной и множеством других сфер промышленности потребляется в огромных количествах сода кальцинированная. Применение ее в быту тоже общеизвестно. И хотя данное вещество встречается в природе в виде минерала троны, его недостаточно для обеспечения постоянно возрастающих индустриальных нужд. Уже в восемнадцатом веке возникла острая потребность в ее дополнительном производстве. Первая промышленная методика получения кальцинированной соды была разработана и внедрена Лебланом в 1791 году. Суть данного метода заключается в прокаливании при температуре 1000^оС обезвоженного мирабилита с угольным и известняковым компонентом. При обработке расплава горячей водой происходит гидролиз сульфида кальция с образованием сероводорода и малорастворимого гидроксида кальция, при этом кальцинированная сода оседает в растворе.

Метод Сольве

В настоящее время кальцинированная сода в промышленных масштабах производится по методу, предложенному бельгийским химиком-технологом и промышленником Эрнестом Сольве. Данный способ основан на свойствах слабой растворимости натриевого гидрокарбоната в солевых растворах высокой концентрации. Через аммиачно-водный раствор, который насыщен хлоридом натрия, пропускается углекислый газ. Образовавшийся при этом NaHCO₃, как менее растворимый в данной среде, выпадает в виде мелкодисперсного осадка. Для получения непосредственно кальцинированной соды выделенный гидрокарбонат прокаливается (кальцинируется). Данный способ прекрасно применим для синтеза Na₂CO₃ в промышленных масштабах, поскольку отличается высокой экономичностью и относительной простотой процесса. Сегодня мировое производство кальцинированной соды составляет около 30 млн.т. в год.

Экологические аспекты получения Na₂CO₃

Из фильтрата, оставшегося после отделения гидрокарбоната, под воздействием гашеной извести регенерируется аммиак. Единственным побочным продуктом производства кальцинированной соды выступает хлорид кальция, утилизация которого представляет собой серьезную экологическую проблему. Попытки использовать это вещество для борьбы с гололедицей приводят к засаливанию почвы и сильному угнетению растительного покрова. Сейчас для устранения обледенения в европейских странах все чаще используется экологически более чистый ацетат аммония. Интересно и то обстоятельство, что еще на заре двадцатого века во Франции был запатентован метод производства поташа (вещества, во многом сходного своим химическим строением с кальцинированной содой) по схеме Сольве, но с заменой токсичного аммиака на триметиламин. Правда, широкого применения данная методика не имела из-за высокой стоимости последнего. В заключение хотелось бы добавить, что высокая растворимость Na₂CO₃ обусловлена особенностями химического строения этого вещества, в частности наличием водородных связей между анионами, благодаря чему гидрокарбонат-ионы объединяются в димеры.