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| 名前 | |||
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| IUPAC名
硫酸ナトリウム
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| その他の名前 | |||
| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.028.928 | ||
| E番号 | E514(i) (酸性度調整剤、...) | ||
パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| ナトリウム2SO4 | |||
| モル質量 | 142.04 g/mol (無水) 322.20 g/mol (十水和物) | ||
| 外観 | 白色結晶固体、 吸湿性 | ||
| 臭い | 無臭 | ||
| 密度 | 2.664 g/cm 3 (無水) 1.464 g/cm 3 (十水和物) | ||
| 融点 | 884 °C (1,623 °F; 1,157 K) (無水) 32.38 °C (十水和物) | ||
| 沸点 | 1,429 °C (2,604 °F; 1,702 K) (無水) | ||
| 無水: 4.76 g/100 mL (0 °C) 28.1 g/100 mL (25 °C) [1] 42.7 g/100 mL (100 °C) 七水和物: 19.5 g/100 mL (0 °C) 44 g/100 mL (20 °C) | |||
| 溶解度 | エタノールに不溶、グリセロール、水、ヨウ化水素 に可溶 | ||
磁化率（χ）
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−52.0·10 −6 cm 3 /モル | ||
屈折率( n D )
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1.468 (無水) 1.394 (十水和物) | ||
| 構造 | |||
| 斜方晶系（無水）[2] 単斜晶系（十水和物） | |||
| 薬理学 | |||
| A06AD13 ( WHO ) A12CA02 ( WHO ) | |||
| 危険 | |||
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |||
主な危険
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刺激物 | ||
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |||
| 引火点 | 不燃性 | ||
| 安全データシート（SDS） | ICSC 0952 | ||
| 関連化合物 | |||
その他の陰イオン
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セレン酸ナトリウム テルル酸ナトリウム | ||
その他の陽イオン
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硫酸リチウム 硫酸カリウム 硫酸ルビジウム 硫酸セシウム | ||
関連化合物
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亜硫酸水素 ナトリウム亜硫酸ナトリウム 過硫酸ナトリウム ピロ硫酸ナトリウム | ||
| 補足データページ | |||
| 硫酸ナトリウム（データページ） | |||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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 インフォボックス参照
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硫酸ナトリウム（硫酸ナトリウムまたは硫酸ソーダとも呼ばれる）は、化学式Na 2 SO 4の無機化合物であり、関連するいくつかの水和物もあります。すべての形態は、水に非常に溶けやすい白い固体です。年間600万トンの生産量を誇る十水和物は、主要な化学製品です。主に、粉末家庭用洗濯洗剤の製造における充填剤として、また、高アルカリ性硫化物を製造するクラフトパルプ製造プロセスで使用されます。[3]
フォーム
- 無水硫酸ナトリウムは希少鉱物テナルダイトとして知られ、有機合成における乾燥剤として使用されます。
- 非常に珍しい形態の硫酸ナトリウム七水和物。
- 十水和硫酸ナトリウムは鉱物芒硝として知られ、化学産業で広く使用されています。グラウバー塩としても知られています。
歴史
硫酸ナトリウム十水和物は、1625年にオーストリアの湧き水で発見したオランダ系ドイツ人の化学者で薬剤師のヨハン・ルドルフ・グラウバー（1604-1670）にちなんでグラウバー塩と呼ばれています。彼はその薬効から、それをsal mirabilis（奇跡の塩）と名付けました。結晶は、1900 年代にもっと洗練された代替品が登場するまで、汎用的な下剤として使用されていました。 [ 4 ] [5]しかし、J.クンケルは後に、ザクセンでは16世紀半ばにはすでに秘密の薬として知られていたと主張しました。[6]
18世紀には、グラウバー塩は、炭酸カリウムとの反応により、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）の工業生産の原料として使用され始めました。ソーダ灰の需要が増加し、それに応じて硫酸ナトリウムの供給も増加しなければなりませんでした。そのため、19世紀には、主要な中間体として合成硫酸ナトリウムを生産する大規模なルブラン法が、ソーダ灰生産の主な方法となりました。[7]
化学的性質
硫酸ナトリウムは、典型的な静電結合イオン硫酸塩です。溶液中に遊離硫酸イオンが存在することは、これらの溶液をBa 2+またはPb 2+塩で処理すると不溶性硫酸塩が容易に形成されることからわかります。
- Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2 NaCl + BaSO 4
硫酸ナトリウムはほとんどの酸化剤や還元剤に対して反応しません。高温では、炭素熱還元（別名熱化学的硫酸還元（TSR）、木炭による高温加熱など）によって硫化ナトリウムに変換されます。 [8]
- Na 2 SO 4 + 2 C → Na 2 S + 2 CO 2
この反応は、炭酸ナトリウムを製造する廃止された工業的方法であるルブラン法で採用されました。
硫酸ナトリウムは硫酸と反応して酸塩である 重硫酸ナトリウムを与える：[9] [10]
- Na 2 SO 4 + H 2 SO 4 ⇌ 2 NaHSO 4
硫酸ナトリウムは、中程度の複塩形成傾向を示す。一般的な三価金属と形成されるミョウバンは、 NaAl(SO 4 ) 2（39 °C以上では不安定）とNaCr(SO 4 ) 2のみであり、硫酸カリウムと硫酸アンモニウムは多くの安定したミョウバンを形成する。[11]他のアルカリ金属硫酸塩との複塩も知られており、その中には鉱物アフタライトとして天然に存在するNa 2 SO 4 ·3K 2 SO 4がある。硫酸ナトリウムと塩化カリウムの反応によるグラセライトの形成は、肥料である硫酸カリウムの製造方法の基礎として使用されている。[12]他の複塩には、3Na 2 SO 4 ·CaSO 4、3Na 2 SO 4 ·MgSO 4（バンソファイト）、NaF·Na 2 SO 4がある。[13]
物理的特性
硫酸ナトリウムは水に対して異常な溶解特性を持っています。[14]硫酸ナトリウムの水への溶解度は0℃から32.384℃の間で10倍以上に上昇し、最高49.7g/100mLに達します。この時点で溶解度曲線の傾きが変わり、溶解度は温度にほとんど依存しなくなります。この32.384℃の温度は結晶水の放出と水和塩の融解に相当し、温度計の校正のための正確な温度基準として機能します。
構造
十水和物の結晶は、八面体分子構造を持つ [Na(OH 2 ) 6 ] +イオンで構成されています。これらの八面体は、10 個の水分子のうち 8 個がナトリウムに結合し、他の 2 個が硫酸塩と水素結合して格子間にあるように辺を共有しています。これらの陽イオンは、硫酸塩陰イオンと水素結合によって結合しています。Na–O 距離は約 240 pmです。[15]結晶性硫酸ナトリウム十水和物は、測定可能な残留エントロピー(絶対零度でのエントロピー) が 6.32 J/(K·mol) であるという点で、水和塩の中でも珍しいものです。これは、ほとんどの水和物と比較して、はるかに迅速に水を分配する能力に起因しています。[16]
生産
硫酸ナトリウムの世界生産量は、ほとんどが十水和物であり、年間約550万～600万トン（Mt/a）に達する。1985年の生産量は450万トン/年で、その半分は天然資源から、残りの半分は化学生産からであった。2000年以降、2006年まで安定したレベルで、天然生産量は400万トン/年に増加し、化学生産量は150万～200万トン/年に減少し、合計550万～600万トン/年となった。[17] [18] [19] [20]すべての用途において、天然に生成された硫酸ナトリウムと化学的に生成された硫酸ナトリウムは実質的に互換性がある。
天然資源
世界の十水和物（グラウバー塩）の生産量の3分の2は、サスカチュワン州南部の湖底で見つかるような天然鉱物の芒硝から得られます。1990年には、メキシコとスペインが天然硫酸ナトリウムの世界の主な生産国（それぞれ約50万 トン）で、ロシア、米国、カナダがそれぞれ約35万トンでした。[18]天然資源は10億トン以上と推定されています。[17] [18]
2006 年の年間 200,000 ～ 1,500,000 トンの主要生産者には、Searles Valley Minerals (米国カリフォルニア州)、Airborne Industrial Minerals (サスカチュワン州、カナダ)、Química del Rey (メキシコ、コアウイラ州)、Minera de Santa Marta および Criaderos Minerales Y Derivados が含まれます。グルーポ・クリミデサとして知られる(ブルゴス、スペイン)、ミネラ デ サンタ マルタ (トレド、スペイン)、スルキーサ (マドリード、スペイン)、成都三聯天泉化学 (中国四川省天泉県)、宏沢銀珠化学グループ (中国江蘇省宏沢区)、Nafine Chemical Industry Group (中国山西省)、四川省川美ミラビライト(万胜镇、東坡区、梅山市、中国四川省）、クチュクスルファト JSC（ロシア、シベリア、アルタイ地方）。[17] [19]
無水硫酸ナトリウムは、乾燥した環境では鉱物テナルダイトとして存在します。湿った空気中でゆっくりと芒硝に変化します。硫酸ナトリウムは、カルシウムナトリウム硫酸塩鉱物であるグラウベライトとしても見つかります。どちらの鉱物も芒硝ほど一般的ではありません。[要出典]
化学産業
世界の硫酸ナトリウムの約 3 分の 1 は、化学産業における他のプロセスの副産物として生産されています。この生産のほとんどは化学的に主要なプロセスに固有のものであり、経済的にはわずかです。したがって、業界の努力により、副産物としての硫酸ナトリウムの生産は減少しています。
最も重要な化学的硫酸ナトリウムの生成は、塩化ナトリウム（塩）と硫酸からマンハイム法で、または二酸化硫黄からハーグリーブス法で塩酸を生成する過程で行われます。[21]これらのプロセスで生成される硫酸ナトリウムは、塩ケーキとして知られています。
- マンハイム：2 NaCl + H 2 SO 4 → 2 HCl + Na 2 SO 4
- ハーグリーブス：4 NaCl + 2 SO 2 + O 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + 2 Na 2 SO 4
硫酸ナトリウムの2番目に主要な生産方法は、余剰の水酸化ナトリウムを硫酸で中和して硫酸塩（SO2−4) は、硫酸銅(CuSO 4 ) を使用することで製造されます (歴史的には、水酸化銅 (II)を使用してレーヨンの製造に大規模に適用されていました)。この方法は、定期的に適用され、便利な実験室調製法でもあります。
- 2 NaOH(水溶液) + H 2 SO 4 (水溶液) → Na 2 SO 4 (水溶液) + 2 H 2 O(l) ΔH = -112.5 kJ (高発熱)
実験室では、炭酸水素ナトリウムと硫酸マグネシウムの反応によって炭酸マグネシウムを沈殿させることで合成することもできます。
- 2 NaHCO 3 + MgSO 4 → Na 2 SO 4 + MgCO 3 + CO 2 + H 2 O
しかし、市販の供給源が容易に入手できるため、実験室での合成はあまり行われていません。かつて、硫酸ナトリウムは重クロム酸ナトリウムの製造時に副産物として生成され、クロム酸ナトリウム溶液に硫酸を加えると重クロム酸ナトリウム、続いてクロム酸が生成されました。また、硫酸ナトリウムは、炭酸リチウム、キレート剤、レゾルシン、アスコルビン酸、シリカ顔料、硝酸、フェノールの製造時に生成されました。[17]
無水硫酸ナトリウムは鉄化合物や有機化合物を引き寄せる傾向があるため、通常は十水和物として精製されます。無水物は、水和物から穏やかに温めることで簡単に生成されます。
2006年に年間50～80Mt/aの硫酸ナトリウム副産物を生産していた主な企業としては、Elementis Chromium（クロム産業、ノースカロライナ州キャッスルヘイン、米国）、Lenzing AG（年間200Mt/a、レーヨン産業、レンツィング、オーストリア）、Addiseo（旧Rhodia、メチオニン産業、レ・ロッシュ・ルシヨン、フランス）、Elementis（クロム産業、ストックトン・オン・ティーズ、英国）、四国化成（徳島、日本）、Visko-R（レーヨン産業、ロシア）などがある。[17]
アプリケーション
商品産業
1970年の米国での価格は1トンあたり30ドル、塩ケーキ品質では1トンあたり最大90ドル、より高級な品質では130ドルであり、硫酸ナトリウムは非常に安価な材料です。最大の用途は家庭用粉末洗濯洗剤の充填剤であり、世界の生産量の約50％を消費しています。国内消費者が硫酸ナトリウムを含まないコンパクト洗剤や液体洗剤に切り替えるにつれて、この用途は減少しています。[17]
製紙
硫酸ナトリウムのかつての主な用途は、米国とカナダで特に多く、木材パルプ製造のクラフトプロセスである。このプロセスから得られる「黒液」に含まれる有機物は燃焼して熱を発生させ、硫酸ナトリウムを硫化ナトリウムに還元するために必要な熱を生成する。しかし、1960年代初頭にクラフト回収プロセスの熱効率が向上したため、より効率的な硫黄回収が実現し、硫酸ナトリウムの補充の必要性が大幅に減少した。[22]そのため、米国とカナダのパルプ産業における硫酸ナトリウムの使用量は、1970年の年間140万トンから2006年には約15万トンに減少した。[17]
ガラス製造
ガラス産業は、硫酸ナトリウムのもう一つの重要な用途であり、ヨーロッパで2番目に大きい用途です。硫酸ナトリウムは、溶融ガラスから小さな気泡を取り除くのに役立つ清澄剤として使用されます。これはガラスをフラックス化し、精錬中に溶融ガラスのスカムの形成を防ぎます。ヨーロッパのガラス産業は、1970年から2006年まで、毎年11万トンを安定して消費してきました。[17]
繊維
硫酸ナトリウムは繊維製造において重要であり、特に日本ではこれが最大の用途である。硫酸ナトリウムは溶液のイオン強度を高めるために添加され、染料が均一に浸透できるように繊維の負電荷を減らす「レベリング」に役立つ（グイとチャップマンが詳述した拡散二重層（DDL）の理論を参照）。代替の塩化ナトリウムとは異なり、染色に使用されるステンレス鋼容器を腐食しない。この用途では、日本と米国で2006年に約10万トンが消費された。[17]
食品業界
硫酸ナトリウムは食品着色料の希釈剤として使用されます。[23] E番号添加剤E514として知られています。
蓄熱
固体から液体への相変化における高い蓄熱容量と、32 °C (90 °F) という有利な相変化温度により、この材料は低品位の太陽熱を蓄熱して後で暖房用途に放出するのに特に適しています。用途によっては、この材料を屋根裏に設置する断熱タイルに組み込む場合もあれば、太陽熱で温めた水に囲まれたセルに塩を組み込む場合もあります。相変化により、効果的な蓄熱に必要な材料の質量を大幅に削減できます (硫酸ナトリウム十水和物の融解熱は 82 kJ/mol または 252 kJ/kg [24] )。さらに、適切な相の材料が十分にある限り、温度が一定であるという利点もあります。
冷却用途では、一般的な塩化ナトリウム塩（NaCl）との混合物は融点を18℃（64℉）まで下げます。NaCl·Na 2 SO 4 ·10H 2 Oの融解熱は実際にはわずかに増加して286kJ/kgになります。[25]
小規模アプリケーション
研究室では、無水硫酸ナトリウムは不活性乾燥剤として広く使用され、有機溶液から微量の水を除去します。[26]類似の薬剤である硫酸マグネシウムよりも効率的ですが、作用が遅くなります。約30°C（86°F）以下でのみ有効ですが、化学的にかなり不活性であるため、さまざまな材料で使用できます。結晶が凝集しなくなるまで硫酸ナトリウムを溶液に加えます。2つのビデオクリップ（上記を参照）は、まだ湿っているときに結晶が凝集する様子を示していますが、サンプルが乾燥すると一部の結晶は自由に流れます。
グラウバー塩（十水和物）は下剤として使用される。パラセタモール（アセトアミノフェン）などの特定の薬物を体内から除去するのに効果的であるため、過剰摂取後に使用することができる。[27] [28]
1953年、硫酸ナトリウムはパッシブソーラー暖房システムの蓄熱材として提案されました。これは、その特異な溶解特性と高い結晶化熱（78.2 kJ/mol）を活用したものでした。[29]
硫酸ナトリウムのその他の用途としては、窓の霜取り、デンプン製造、カーペット用芳香剤の添加物、牛の飼料への添加物などがあります。
少なくとも1つの会社、Thermaltakeは、キルティングプラスチックパッドの中に硫酸ナトリウム十水和物を使用したラップトップコンピューター冷却マット（iXoft Notebook Cooler）を製造しています。この素材はゆっくりと液体に変化して再循環し、ラップトップの温度を均一にし、断熱材として機能します。[30]
安全性
硫酸ナトリウムは一般的に無毒であると考えられていますが、[23]取り扱いには注意が必要です。粉塵は一時的な喘息や目の炎症を引き起こす可能性がありますが、このリスクは目の保護具と紙製マスクを使用することで防ぐことができます。輸送には制限はなく、リスクフレーズや安全フレーズは適用されません。[31]
参考文献
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外部リンク
- 計算機: 表面張力、硫酸ナトリウム水溶液の密度、モル濃度、モル濃度