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碳酸钠
一种易溶性的碳酸盐
碳酸钠（Sodium Carbonate），重要的无机化合物，俗称纯碱，又称苏打、碱灰。化学式为Na2CO3，摩尔质量为105.988g/mol。碳酸钠分类属于盐，是一种白色吸湿性粉末，无味无臭，易溶于水，还溶于甘油，不溶于乙醇、乙醚。水溶液呈强碱性，易与酸发生中和反应，放出二氧化碳，在潮湿的空气里会吸潮结块，部分变为碳酸氢钠。碳酸钠的制法有联合制碱法、氨碱法、路布兰法等，也可由天然碱加工精制。碳酸钠有一水碳酸钠、七水碳酸钠和十水碳酸钠等水合物，其中十水碳酸钠可以用作洗涤剂。碳酸钠是冶金、玻璃、化学、医药、纺织印染等工业重要的无机化工原料。玻璃工业是制造玻璃的主要原料；冶金工业中用作助溶剂；医药上用于合成安乃近等药物；化学用于制造其他化合物的。
基本信息
中文名
碳酸钠
英文名
Sodium Carbonate
别名
俗称纯碱，又称苏打、碱灰
CAS号
497-19-8
性质
化学式
Na2CO3
摩尔质量
105.988g/mol
外观
白色吸湿性粉末
气味
无味
密度
2.54g/cm
熔点
856ºC
溶解性
易溶于水
pH值
11.5
危险性
NFPA 704
碳酸钠NFPA 704
相关历史
1793年，法国化学家勒布朗最早发明了人工合成纯碱的方法，并首先获得专利，后来被称为勒布朗制碱法。但这种方法所制得的纯碱纯度不高，还会消耗大量能源。1861年，比利时化学家索尔维以食盐、石灰石、氨为原料制得了碳酸钠和氯化钙（称为氨碱法）。这种方法得到的纯碱纯度高、质量好；1863年索尔维正式创办了一家制碱工厂，实现了氨碱法的工业化。1867年，以氨碱法制得的纯碱在法国巴黎举行的世界博览会上获得了铜制奖章，因此氨碱法被正式命名为索尔维制碱法。这个消息被英国哈琴公司得知后与索尔维签订了两年独占索尔维制碱法生产纯碱的协议。1873年，哈琴公司改名为卜内门公司，建立了以索尔维制碱法为制法的大规模生产纯碱的工厂，后来在法国、德国等国家相继建厂。这几个国家后来成立了索尔维公会，并且决定索尔维制碱法今后的技术改进不再对外公开，不申请专利，直接封锁了索尔维制碱法的对外应用，最终垄断了纯碱的研制、生产、销售、价格。
理化性质
物理性质
碳酸钠为白色吸湿性粉末，密度为2.54g/cm，熔点为856ºC。碳酸钠为强电解质，具有盐的通性和热稳定性，易溶于水，还溶于甘油，不溶于乙醇、乙醚，在水溶液或熔融状态下能导电，并且水溶液有涩味和滑腻感。
不同温度下碳酸钠在水中的溶解度 | |||
温度（ºC） | 0 | 20 | 100 |
溶解度（%） | 7.1 | 17.8 | 45.5 |
水合物
一水碳酸钠（Na2CO3·H2O）为无色正交结晶或白色结晶粉末，含有85.48%的碳酸钠和14.52%的结晶水。当温度高于35.4℃时，它可以从饱和溶液中析出结晶；当与饱和溶液接触时，在109℃转变为碳酸钠。
七水碳酸钠（Na2CO3·7H2O），含有45.7%的碳酸钠和54.3%的结晶水，它的稳定范围狭小，仅在32℃~35.4℃间存在，所以没有工业价值。
十水碳酸钠（Na2CO3·10H2O）为无色单斜透明晶体，含有37.06%的碳酸钠和62.94%的结晶水，它可以从32℃~-2.1℃的饱和溶液中结晶出来。这种结晶在干燥空气中容易风化，生成一水碳酸钠。
化学性质
碳酸钠可以与多种酸、碱、盐发生化学反应。碳酸钠水溶液呈碱性，可以使无色酚酞溶液变红，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。高温可分解，生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分和二氧化碳生成碳酸氢钠，并结成硬块。纯碱粉尘对人体皮肤、呼吸道和眼睛有刺激性作用，其浓溶液可引起皮肤灼伤、坏死等。
碳酸钠水解
上述反应导致溶液中H减少，剩下电离的OH，故溶液最终显碱性。
高温分解
高温分解，生成氧化钠和二氧化碳。
中和反应
碳酸钠能与一切可溶性酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。
与盐反应
与氧化物反应
碳酸钠长期暴露在空气中吸收空气中的水分和二氧化碳生成碳酸氢钠，并结成硬块。
制备方法
在人工合成纯碱之前，古代就发现某些海藻晾晒后，烧成的灰烬中含有碱类，用热水浸取、滤清后可得褐色碱液用来洗涤。大量的天然碱来自矿物，以地下埋藏和碱水湖为主。而人工合成纯碱的方法有联合制碱法、氨碱法、勒布朗法，其中勒布朗制碱法所制的碳酸钠是以碳酸钠为主要的纯碱粗制品，还需要经过浸取、蒸发、精制、再结晶、烘干，才能获得纯度约为97%的纯碱，这样会消耗大量能源，故这种方法慢慢被索尔发明的氨碱法取代，索尔维的氨碱法制得的纯碱纯度高、质量好，但是氨碱法会生成大量的副产物氯化钙废料，使得原子利用率仅48.8%左右；而侯氏制碱法产生的副产物氯化铵可以直接当成肥料使用，使得原子的利用率达到了100%。
勒布朗制碱法
1791年，法国化学家勒布朗成功地以食盐为原料生产出碳酸钠。将氯化钠与浓硫酸混合，在800℃~900℃下，反应产生氯化氢气体，并得到固体硫酸钠；再将硫酸钠固体粉碎，并混合于炭和石灰石中，再次放回加热炉中用1000℃高温加热。
反应方程如下：
氨碱法
1861年，比利时化学工程师索尔维（ErnestSolvay，1838-1922）发明了氨碱法，以食盐、石灰石和氨为主要原料。石灰石在石灰窑中煅烧为石灰和二氧化碳。将氨及二氧化碳（由石灰石分解而得）先后通入饱和盐水中生成碳酸氢钠沉淀，再经过滤、洗涤、煅烧等步骤而制得产品纯碱。滤液与石灰乳混合加热所蒸出的氨和煅烧碳酸氢钠所放出的二氧化碳可回收循环使用。
反应方程如下：
侯氏制碱法
1943年，侯德榜在索尔维制碱法的基础上进行了改进，发明了侯氏制碱法。侯氏制碱法是将合成氨法与氨碱法工艺联合，同时生产纯碱和氯化铵的方法。以食盐、氨和二氧化碳（合成氨工业的副产品）为原料，将氨与二氧化碳先后通入饱和盐水中，生成碳酸氢钠沉淀，经过滤、洗涤、煅烧可以得产品纯碱。在滤液中通入氨和加入食盐并进行冷冻，使氯化铵析出，经过滤、洗涤、干燥而得氯化铵。此时由食盐所饱和的滤液，可再通入氨和二氧化碳，循环使用。
反应方程如下：
侯德榜制碱法示意图
用途
钢铁工业
炼钢时用纯碱来脱硫和加大熔渣的流动性，使熔渣和钢水易于分开。生铁在铸造过程中如果没有提前除去杂质，很容易脆裂，造成损失。生铁中杂质以硫、磷危害最大，在化铁时加入纯碱，使硫变成二氧化硫和三氧化硫气体逸出，此时纯碱中的氧化钠可以与三氧化硫和磷的氧化物反应，最终变成熔渣除去。
炼铝工业
铝在现代的国防工业和生活用品中的需用量很大。纯碱是炼铝工业的主要原料之一，每炼1吨铝需纯碱400kg左右。在石灰烧结炼铝过程中，利用纯碱使氧化铝转化为铝酸钠，使矿石中的氧化硅转化为不溶性的硅酸钙，从而与铝酸钠分离。
玻璃工业
纯碱是玻璃工业的主要原料，它可以提供玻璃不可或缺的原料氧化钠，还可以降低石英砂的熔化温度。制造平板玻璃和一般的玻璃器皿，每吨耗纯碱达200kg。由于玻璃制造过程中工艺和设备上的要求，一般要求纯碱的粒度细一点，含盐少一点。
化学工业
医药工业
纺织印染工业
食品
碳酸钠可以作为一种食品膨松剂，主要应用于馒头、面包等需要经过发面团的食品制作过程中。面团在发酵过程中会产生酸类物质，加入纯碱后，中和了酸，并且在此过程中产生二氧化碳使面团膨松。碳酸钠还可作为面制品改良剂，在水中加入碳酸钠，再掺入面粉中，可提高面条的韧性，使之更加筋道，俗称碱水面。
摄像
安全事宜
安全标识
象形图 |  刺激 |
GHS分类
GHS | 危险说明 | 危险等级 |
H319 | 引起严重的眼睛刺激 | 严重的眼睛损伤/眼睛刺激 |
贮存与运输
碳酸钠应储存在通风、干燥的库房内。包装需要密封，以防止吸水而结块。不可与酸类物品、铵盐和有毒、有味产品共储。运输时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与酸类、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。车辆运输完毕应进行彻底清扫。
毒理学资料
小鼠经口LD50的6g/kg，犬连续3~4周投药量150g，出现腹泻、呕吐致死。ADI（Acceptable Daily Intake）没有特殊规定，FDA(Food and Drug Administration)将其列为一般公认安全物质。
健康危害
碳酸钠粉尘对皮肤、呼吸道和眼睛有刺激作用，长时间接触本品溶液可能出现湿疹、皮肤松软、皮炎等病症。
急救措施
吸入：脱离现场移至空气清新的地方进行休息，如呼吸困难，进行输氧，然后就医。
食入：用水漱口，喝牛奶或蛋清，然后就医。
皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动的清水进行冲洗至少15分钟，然后就医。
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