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| 名前 | |
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| IUPAC名
炭酸ナトリウム
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| その他の名前
ソーダ灰、洗濯ソーダ、ソーダ結晶、炭酸ナトリウム
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| 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 | 100.007.127 |
| EC番号 |
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| E番号 | E500(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2二酸化炭素3 | |
| モル質量 | 105.9888 g/mol (無水) 286.1416 g/mol (十水和物) |
| 外観 | 白色固体、吸湿性 |
| 臭い | 無臭 |
| 密度 |
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| 融点 | 851 °C (1,564 °F; 1,124 K) (無水) 100 °C (212 °F; 373 K) 分解 (一水和物) 33.5 °C (92.3 °F; 306.6 K) 分解 (七水和物) 34 °C (93 °F; 307 K) (十水和物) [2] [6] |
無水、g/100mL:
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| 溶解度 | アルカリ水溶液に可溶、[3] グリセロール水溶液 にわずかに可溶CS2、アセトン、アルキル酢酸塩、アルコール、ベンゾニトリル、液体アンモニアに不溶[4] |
| グリセリンへの溶解性 | 98.3 g/100 g (155 °C) [4] |
| エタンジオールへの溶解度 | 3.46 g/100 g (20 °C) [5] |
| ジメチルホルムアミドへの溶解性 | 0.5g /kg [5] |
| 酸性度（p Ka） | 10.33 |
磁化率（χ）
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−4.1·10 −5 cm 3 /モル[2] |
屈折率( n D )
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1.485（無水） 1.420（一水和物）[6] 1.405（十水和物） |
| 粘度 | 3.4 cP（887℃）[5] |
| 構造 | |
| 単斜晶系（γ型、β型、δ型、無水物）[7] 斜方晶系（一水和物、七水和物）[1] [8] | |
| C2/m、No. 12（γ型、無水、170 K） C2/m、No. 12（β型、無水、628 K） P2 1 /n、No. 14（δ型、無水、110 K）[7] Pca2 1、No. 29（一水和物）[1] Pbca、No. 61（七水和物）[8] | |
| 2/m （γ型、β型、δ型、無水）[7] mm2 （一水和物）[1] 2/m 2/m 2/m （七水和物）[8] | |
a = 8.920(7) Å、b = 5.245(5) Å、c = 6.050(5) Å (γ 型、無水、295 K) [7] α = 90°、β = 101.35(8)°、γ = 90°
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| 八面体（Na +、無水） | |
| 熱化学 | |
熱容量 ( C )
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112.3 J/モル·K [2] |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
135 J/モル·K [2] |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−1130.7 kJ/モル[2] [5] |
ギブスの自由エネルギー (Δ f G ⦵ )
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−1044.4 kJ/モル[2] |
| 危険 | |
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |
主な危険
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刺激物 |
| GHSラベル: | |
 [9]
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| 警告 | |
| H319 [9] | |
| P305+P351+P338 [9] | |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |
LD 50 (平均投与量)
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4090 mg/kg（ラット、経口）[10] |
| 安全データシート（SDS） | 製品安全データシート |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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重炭酸ナトリウム |
その他の陽イオン
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炭酸リチウム 炭酸カリウム 炭酸ルビジウム 炭酸セシウム |
関連化合物
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セスキ炭酸ナトリウム 過炭酸ナトリウム |
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。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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炭酸ナトリウム（洗濯ソーダ、ソーダ灰、ソーダ結晶とも呼ばれる）は、化学式Na 2 CO 3の無機化合物およびそのさまざまな水和物です。すべての形態は白色で無臭の水溶性塩であり、水中でアルカリ溶液を生成します。歴史的には、炭酸ナトリウムはナトリウムを豊富に含む土壌で育った植物の灰から抽出され、これらのナトリウムを豊富に含む植物の灰は木の灰（かつてはカリの製造に使用されていました）とは著しく異なっていたため、炭酸ナトリウムは「ソーダ灰」として知られるようになりました。[12]ソルベー法によって塩化ナトリウムと石灰石から大量に生産されるほか、塩素アルカリ法を使用して製造された水酸化ナトリウムを炭酸化することによっても大量に生産されます。
水和物
炭酸ナトリウムは、3 つの水和物と無水塩として 得られます。
- 炭酸ナトリウム十水和物（ナトロン）、Na 2 CO 3 ·10H 2 O は容易に風解して一水和物を形成します。
- 炭酸ナトリウム七水和物（鉱物としては不明）、Na 2 CO 3 ·7H 2 O。
- 炭酸ナトリウム一水和物（サーモナトライト）、Na 2 CO 3 ·H 2 O。結晶炭酸塩とも呼ばれます。
- 無水炭酸ナトリウム（亜硝酸塩）は、焼成ソーダとも呼ばれ、水和物を加熱することで生成されます。また、ソルベー法の最終段階など、炭酸水素ナトリウムを加熱（焼成）すると生成されます。
十水和物は水溶液から−2.1～+32.0℃の温度範囲で結晶化し、七水和物は32.0～35.4℃の狭い範囲で結晶化し、この温度以上では一水和物が形成される。[13]乾燥空気中では、十水和物と七水和物は水分を失い一水和物となる。他の水和物も報告されており、例えば炭酸ナトリウム1単位あたり2.5単位の水（「五水和物」）である。[14]
洗濯用ソーダ
炭酸ナトリウム十水和物（Na 2 CO 3 ·10H 2 O）は洗濯ソーダとも呼ばれ、10分子の結晶水を含む炭酸ナトリウムの最も一般的な水和物です。ソーダ灰を水に溶かして結晶化させると洗濯ソーダになります。
これは水に溶ける 数少ない金属炭酸塩の 1 つです。
アプリケーション
炭酸ナトリウムの一般的な用途には以下のものがあります。
- 衣類の洗濯など、家庭での使用のための洗浄剤として。炭酸ナトリウムは多くの乾燥石鹸の粉末の成分です。脂肪やグリースを水溶性塩（具体的には石鹸）に変換する鹸化プロセスを通じて洗剤特性を持ちます。 [15]
- 水の硬度を下げるために使用されます[16]（§ 軟水化を参照）。
- ガラス、[17]、 石鹸、[17]、紙の製造に使用されます（§ガラス製造を参照）。
- ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）などのナトリウム化合物の製造に使用されます。
ガラス製造
炭酸ナトリウムはシリカ（SiO 2 、融点1,713℃）のフラックスとして機能し、混合物の融点を特別な材料を使わずに達成できるレベルまで下げます。この「ソーダガラス」はわずかに水溶性であるため、溶融混合物に炭酸カルシウムを加えてガラスを不溶性にします。ボトルや窓ガラス（遷移温度が約570℃の「ソーダ石灰ガラス」）は、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、シリカ砂（二酸化ケイ素（SiO 2））の混合物を溶かして作られます。これらの材料を加熱すると、炭酸塩から二酸化炭素が放出されます。このように、炭酸ナトリウムは酸化ナトリウムの供給源です。ソーダ石灰ガラスは、何世紀にもわたって最も一般的なガラスの形態でした。また、食器用ガラスの製造にも重要な材料です。[15]
軟水化
硬水には通常、カルシウムイオンやマグネシウムイオンが含まれています。炭酸ナトリウムはこれらのイオンを除去し、ナトリウムイオンに置き換えるために使用されます。[16]
炭酸ナトリウムは水溶性炭酸源です。炭酸イオンで処理すると、カルシウムイオンとマグネシウムイオンは不溶性の固体沈殿物を形成します。
カルシウム イオン2−3 → CaCO 3 (s)
水は溶解したカルシウムイオンとマグネシウムイオンを含まないため軟水化します。[16]
食品添加物と調理
炭酸ナトリウムは料理に様々な用途があるが、それは主に炭酸ナトリウムが重曹（炭酸水素ナトリウム）よりも塩基性が強く、苛性ソーダ（水酸化ナトリウム、またはまれに水酸化カリウムを指す）よりも塩基性が弱いからである。アルカリ性は練った生地におけるグルテン生成に影響を及ぼし、またメイラード反応が起こる温度を下げることによって褐色化を改善させる。前者の作用を利用するため、炭酸ナトリウムはかん水（日本の ラーメンに特徴的な風味と歯ごたえのある食感を与えるアルカリ塩の溶液）の成分の1つとなっている。同様の溶液は同様の理由で中国料理のラーメンを作るのに使われる。広東のパン職人も同様に、月餅に特徴的な食感を与え、褐色化を改善するために、苛性ソーダ水の代用として炭酸ナトリウムを使用する。ドイツ料理（およびより広く中央ヨーロッパ料理）では、褐色化を改善するために伝統的に苛性ソーダで処理されるプレッツェルや苛性ソーダロールなどのパンを、炭酸ナトリウムで処理することができる。炭酸ナトリウムは苛性ソーダほど強い褐色化は起こさないが、はるかに安全で扱いやすい。[18]
炭酸ナトリウムはシャーベットパウダーの製造に使用されます。シャーベットが唾液で湿ったときに炭酸ナトリウムと弱酸（通常はクエン酸）との吸熱反応により二酸化炭素ガスが放出され、冷たさとシュワシュワ感が生じます。
炭酸ナトリウムは、食品添加物（E500）として、酸度調整剤、固化防止剤、膨張剤、安定剤として食品業界でも使用されています。また、スヌースの製造では、最終製品の pH を安定させるために も使用されます。
炭酸ナトリウムは苛性ソーダよりも化学火傷を引き起こす可能性は低いですが、アルミニウム製の調理器具、食器、ホイルに対して腐食性があるため、キッチンで炭酸ナトリウムを扱う際には注意が必要です。[19]
その他のアプリケーション
炭酸ナトリウムは、さまざまな分野で比較的強い塩基としても使用されています。一般的なアルカリとして、炭酸ナトリウムは水酸化ナトリウムよりも安価で、取り扱いがはるかに安全であるため、多くの化学プロセスで好まれています。その穏やかな性質により、特に家庭用としての使用が推奨されています。
例えば、ほとんどの写真フィルム現像剤の作用に必要な安定したアルカリ条件を維持するためのpH調整剤として使用されます。また、プールや水槽の水に望ましい pH と炭酸塩硬度 (KH) を維持するためによく使用される添加物です。繊維反応性染料を使用した染色では、炭酸ナトリウム (ソーダ灰固定剤やソーダ灰活性剤などの名前で呼ばれることが多い) が、染料とセルロース (植物) 繊維の適切な化学結合を確実にするために使用され、通常は染色前 (絞り染めの場合)、染料と混合 (染色絵画の場合)、または染色後 (浸漬染色の場合) に使用されます。また、CaOやその他の弱塩基性化合物 に加えて、フロート調整剤として好ましいpH を維持するために、フロス浮選プロセスでも使用されます。
他の化合物の前駆体
重炭酸ナトリウム（NaHCO 3）または重曹は消火器の成分でもあり、炭酸ナトリウムから生成されることが多い。NaHCO 3自体はソルベイ法の中間生成物であるが、汚染されたアンモニアを除去するために必要な加熱によりNaHCO 3がいくらか分解されるため、完成したNa 2 CO 3 をCO 2と反応させる方が経済的である。
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O → 2NaHCO 3
関連する反応では、炭酸ナトリウムは亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO 3 ) の製造に使用され、これはリグニンをセルロースから分離する「亜硫酸」法に使用されます。この反応は、発電所の排ガスから 二酸化硫黄を除去するために利用されています。
Na 2 CO 3 + SO 2 + H 2 O → NaHCO 3 + NaHSO 3
このアプリケーションは、特にガソリンスタンドが厳しい排出規制を満たす必要がある場所では、より一般的になっています。
炭酸ナトリウムは綿花産業で、綿実の毛羽を酸で除去するために必要な硫酸を中和するために使用されます。
また、イオン交換によって他の金属の炭酸塩（多くの場合、他の金属の硫酸塩と）を形成するためにも使用されます。
その他
炭酸ナトリウムはレンガ業界では粘土を押し出すのに必要な水の量を減らすための湿潤剤として使用されています。鋳造では「結合剤」と呼ばれ、湿ったアルギン酸塩をゲル化したアルギン酸塩に接着させるために使用されます。炭酸ナトリウムは歯磨き粉に使用され、発泡剤や研磨剤として機能し、一時的に口内の pH 値を上げます。
炭酸ナトリウムは動物の皮の加工やなめしにも使用されます。[20]
物理的特性
炭酸ナトリウムの積分溶解エンタルピーは10% w/w水溶液の場合-28.1 kJ/molである。[21]炭酸ナトリウム一水和物のモース硬度は1.3である。[ 6 ]
天然鉱物としての発生
炭酸ナトリウムは水に溶けやすく、乾燥地帯、特に季節的な湖が蒸発するときに形成される鉱床（蒸発岩）に自然に存在します。ナトロン鉱物の鉱床は、古代からエジプトの乾燥した湖の底から採掘されており、ナトロンはミイラの作成や初期のガラス製造に使用されていました。
炭酸ナトリウムの無水鉱物形態は非常に稀で、亜硝酸塩と呼ばれます。炭酸ナトリウムは、タンザニアのユニークな火山であるオル・ドイニョ・レンガイからも噴出しており、過去には他の火山からも噴出したと推定されていますが、これらの鉱物は地球の表面で不安定であるため、浸食されている可能性があります。炭酸ナトリウムの3つの鉱物形態すべて、およびトロナ（炭酸水素三ナトリウム二水和物）は、たとえばロシアのコラ半島に発生する超アルカリ性ペグマタイト岩からも知られています。
地球外では、炭酸ナトリウムは稀であることが知られています。堆積物は、ケレスの明るい斑点の源として特定されており、地表に運ばれた内部物質です。[22]火星には炭酸塩があり、これには炭酸ナトリウムが含まれると予想されていますが、[23]堆積物はまだ確認されていません。この不在は、以前は水であった火星の土壌が全体的に低いpHで占められているためだと説明される人もいます。[24]
生産
最初の大規模な化学処理法は1823年にイギリスでソーダ灰を製造するために確立されました。[17]
鉱業
トロナは、炭酸水素三ナトリウム二水和物（Na 3 HCO 3 CO 3 ·2H 2 O）としても知られ、米国のいくつかの地域で採掘されており、米国の炭酸ナトリウム消費量のほぼすべてを供給しています。1938年にワイオミング州グリーンリバー近郊で発見された大規模な天然鉱床により、北米では鉱業が工業生産よりも経済的になりました。トルコにはトロナの重要な埋蔵量があり、[25]アンカラ近郊の埋蔵量から200万トンのソーダ灰が抽出されています。
バリラと昆布
いくつかの「塩生植物」（耐塩性）植物種と海藻種は、炭酸ナトリウムの不純な形態に加工することができ、これらの供給源は 19 世紀初頭までヨーロッパやその他の地域で主流でした。陸上植物（通常はガラス草または塩草）または海藻（通常はヒバマタ属）が収穫され、乾燥され、燃やされました。その後、灰は「浸出」（水で洗浄）されてアルカリ溶液が作られました。この溶液を煮詰めて乾燥させると、最終製品が作られ、「ソーダ灰」と呼ばれました。この非常に古い名前はアラビア語の「ソーダ」に由来し、生産のために収穫される多くの海岸植物種の 1 つであるサルソラソーダに当てられました。「バリラ」は、海岸植物またはケルプから得られる不純な形態のカリに適用される商業用語です。[26]
ソーダ灰中の炭酸ナトリウム濃度は、海藻由来のもの（「ケルプ」）では2～3％、スペインの塩草から作られる最高級のバリラでは30％と、非常に幅広く変化しました。ソーダ灰の原料となる植物や海藻、また関連するアルカリ「カリ」は、18世紀末までにますます不足し、塩やその他の化学物質からソーダ灰を合成する商業的に実現可能な方法の探求が強化されました。[27]
ルブラン法
1792年、フランスの化学者ニコラ・ルブランは、塩、硫酸、石灰石、石炭から炭酸ナトリウムを製造する方法の特許を取得しました。最初のステップでは、マンハイム法で塩化ナトリウムを硫酸で処理します。この反応により、硫酸ナトリウム（塩ケーキ）と塩化水素が生成されます。
2NaCl + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2HCl
塩ケーキと砕いた石灰石（炭酸カルシウム）は石炭で加熱して還元されました。[15]この変換は2つの部分から成ります。1つ目は炭素源である石炭が硫酸塩を硫化物に還元する炭素熱反応です。
Na 2 SO 4 + 2C → Na 2 S + 2CO 2
2番目の段階は炭酸ナトリウムと硫化カルシウムを生成する反応です。
Na 2 S + CaCO 3 → Na 2 CO 3 + CaS
この混合物は黒灰と呼ばれます。ソーダ灰は黒灰から水で抽出されます。この抽出物を蒸発させると、固体の炭酸ナトリウムが得られます。この抽出プロセスは浸出と呼ばれていました。
ルブラン法で生産される塩酸は大気汚染の大きな原因となり、副産物の硫化カルシウムも廃棄物処理の問題を引き起こした。しかし、1880年代後半まで炭酸ナトリウムの主な生産方法はルブラン法のままであった。[27] [28]
ソルベイ法
1861年、ベルギーの工業化学者アーネスト・ソルベイは、まず塩化ナトリウム、アンモニア、水、二酸化炭素を反応させて重炭酸ナトリウムと塩化アンモニウムを生成する炭酸ナトリウムの製造方法を開発した。[15]
NaCl + NH 3 + CO 2 + H 2 O → NaHCO 3 + NH 4 Cl
得られた重炭酸ナトリウムは加熱することで炭酸ナトリウムに変換され、水と二酸化炭素が放出されます。
2NaHCO 3 → Na 2 CO 3 + H 2 O + CO 2
一方、二酸化炭素生成時に残った 石灰（酸化カルシウム）で処理することで、塩化アンモニウム副産物からアンモニアが再生されました。
2NH 4 Cl + CaO → 2NH 3 + CaCl 2 + H 2 O
ソルベイ法はアンモニアをリサイクルする。消費するのは塩水と石灰石のみで、廃棄物は塩化カルシウムのみである。この方法は、硫化カルシウムと塩化水素という2つの廃棄物を生成するルブラン法よりも大幅に経済的である。ソルベイ法はすぐに世界中の炭酸ナトリウム生産を支配するようになった。1900年までに炭酸ナトリウムの90％がソルベイ法で生産され、最後のルブラン法工場は1920年代初頭に閉鎖された。[15]
ソルベイ法の2番目のステップである重炭酸ナトリウムの加熱は、家庭やレストランで小規模に使用され、料理用の炭酸ナトリウム（プレッツェルやアルカリヌードルを含む）を製造する。この方法がそのようなユーザーにとって魅力的なのは、重炭酸ナトリウムがベーキングソーダとして広く販売されており、ベーキングソーダを炭酸ナトリウムに変換するために必要な温度（250°F（121°C）から300°F（149°C））が従来のキッチンオーブンで簡単に達成できるためである。[18]
ホウのプロセス
このプロセスは、1930 年代に中国の化学者ホウ・デバンによって開発されました。以前の蒸気改質の副産物である二酸化炭素は、塩化ナトリウムとアンモニアの飽和溶液に送り込まれ、次の反応によって重炭酸ナトリウムが生成されました。
重炭酸ナトリウムは溶解度が低いため沈殿物として集められ、その後約 80 °C (176 °F) または 95 °C (203 °F) まで加熱され、ソルベイ法の最終ステップと同様に純粋な炭酸ナトリウムが生成されます。残りのアンモニウムと塩化ナトリウムの溶液にさらに塩化ナトリウムが追加されます。また、この溶液に 30～40 °C でさらに多くのアンモニアがポンプで送り込まれます。次に、溶液の温度が 10 °C 未満に下げられます。塩化アンモニウムの溶解度は、30 °C では塩化ナトリウムよりも高く、10 °C では低くなります。この温度依存の溶解度の差と共通イオン効果により、塩化アンモニウムは塩化ナトリウム溶液中に沈殿します。
Hou 法の中国語名である「联合制碱法」は、「アルカリ製造結合法」を意味します。Hou 法はハーバー法と結合しており、アンモニアを再生する必要がなくなるため、塩化カルシウムの生成がなくなり、原子経済性が向上します。副産物の塩化アンモニウムは肥料として販売できます。
参照
参考文献
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さらに読む
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、炭酸ナトリウムに関連するメディアがあります。
- アメリカンナチュラルソーダアッシュカンパニー
- 国際化学物質安全性カード 1135
- FMCワイオミングコーポレーション
- 染色における炭酸ナトリウムの使用
- 合成プロセスによる炭酸ナトリウムの製造