Natri sunfat là muối natri của acid sulfuric. Khi ở dạng khan, nó là một tinh thể rắn màu trắng có công thức Na2SO4 được biết đến dưới tên khoáng vật thenardite; Na2SO4·10H2O được tìm thấy ngoài tự nhiên dưới dạng khoáng vật mirabilite, và trong sản xuất nó còn được gọi là muối Glauber hay mang tính lich sử hơn là sal mirabilis từ thế kỉ 17. Một dạng khác là tinh thể heptahiđrat được tách ra từ mirabilite khi làm lạnh. Với sản lượng sản xuất hàng năm lên đến 6 triệu tấn, nó là một sản phẩm toàn cầu quan trọng về hóa chất.
Natri sunfat được ứng dụng hầu hết trong việc sản xuất thuốc tẩy và trong chiêu thức Kraft để làm bột giấy. Khoảng 2/3 lượng natri sunfat của quốc tế là từ mirabilite, dạng khoáng vật tự nhiên của muối đecahiđrat, và phần còn lại là từ phụ phẩm của những ngành công nghiệp hóa chất khác như sản xuất axit clohydric .
Muối natri sunfat ngậm nước được biết dưới tên muối Glauber sau khi nhà hóa học và bào chế người Đức/Hà Lan Johann Rudolf Glauber (1604–1670) tìm ra nó vào năm 1625 trong nước của một con suối tại Áo. Ông đặt tên nó là sal mirabilis (muối kì lạ), vì những đặc tính y khoa của loại muối này: những tinh thể muối đã được dùng để làm thuốc nhuận tràng cho đến khi có những chất thay thế phức tạp hơn ra đời vào những năm 1900.[1][2]
Vào thế kỉ 18, muối Glauber bắt đầu được dùng làm vật liệu thô cho quá trình sản xuất soda trong công nghiệp, khi phản ứng với kali cacbonat. Nhu cầu gia tăng nên nguồn cung natri sunfat cũng phải tăng lên tương ứng. Do đó, vào thế kỉ 19, quá trình Leblanc quy mô lớn, sản xuất natri sunfat tổng hợp như là một chất trung quan chủ yếu, trở thành phương pháp chính trong sản xuất soda.[3]
Đặc tính hóa học và vật lý[sửa|sửa mã nguồn]
Natri sunfat rất bền về mặt hóa học, không tương tác với hầu hết những chất oxy hóa-khử ở điều kiện kèm theo thường. Ở nhiệt độ cao, nó hoàn toàn có thể bị khử thành natri sunfit bởi cacbon : [ 4 ]
- Na2SO4 + 2 C → Na2S + 2 CO2
Natri sunfat là muối trung hòa, khi tan trong nước tạo thành dung dịch có pH = 7. Tính trung hòa chứng tỏ gốc sunfat bắt nguồn từ một axit mạnh acid sulfuric. Hơn nữa, ion Na +, với chỉ một điện tích dương, có năng lực phân cực những phối tử nước của nó rất yếu miễn là có ion sắt kẽm kim loại trong dung dịch. Natri sunfat phản ứng với axit sunfuric tạo muối axit natri bisunfat : [ 5 ] [ 6 ]
- Na2SO4 + H2SO4 ⇌ 2 NaHSO4
Hằng số cân đối của quy trình trên nhờ vào vào nồng độ và nhiệt độ .
Độ tan và sự trao đổi ion[sửa|sửa mã nguồn]
Natri sunfat có tính tan rất không bình thường trong nước. [ 7 ] Độ tan của nó trong nước tăng gấp hơn mười lần trong khoảng chừng 0 °C đến 32.384 °C, điểm mà độ tan đạt giá trị cực lớn 497 g / L. Tại điểm này đường màn biểu diễn độ tan uốn cong hướng xuống, và độ tan trở nên không phụ thuộc vào vào nhệt độ. Nhiệt độ 32.384 °C, tương ứng với nhiệt độ làm giải phóng nước ra khỏi tinh thể và tan chảy muối ngậm nước, cung ứng giá trị nhiệt độ tìm hiểu thêm đúng mực cho việc định chuẩn nhiệt kế .Natri sunfat là muối ion nổi bật, chứa những ion Na + và SO42 −. Sự xuất hiện của sunfat trong dung dịch được nhận ra thuận tiện bằng cách tạo ra những sunfat không tan khi giải quyết và xử lý những dung dịch này với muối Ba2 + hay Pb2 + :
- Na2SO4 + BaCl2 → 2 NaCl + BaSO4↓ sản phẩm
Natri sunfat còn bộc lộ khuynh hướng tạo muối kép ở mức vừa phải. Các loại phèn duy nhất được tạo ra với những sắt kẽm kim loại hóa trị ba thường thì là NaAl ( SO4 ) 2 ( không bền ở trên 39 °C ) và NaCr ( SO4 ) 2, đối nghịch với kali sulfat và amoni sunfat tạo được nhiều loại phèn bền. [ 8 ] Những muối kép với một vài sắt kẽm kim loại kiềm khác được biết gồm Na2SO4 · 3K2 SO4, muối này có trong tự nhiên dưới dạng khoáng vật glaserit. Sự hình thành glaserit bằng phản ứng giữa natri sunfat và kali chloride được dùng làm cơ sở của một chiêu thức sản xuất kali sulfat, một loại phân bón. [ 9 ] Các muối kép khác gồm có 3N a2SO4 · CaSO4, 3N a2SO4 · MgSO4 ( vanthoffite ) và NaF · Na2SO4. [ 10 ]
Cấu trúc tinh thể[sửa|sửa mã nguồn]
Các tinh thể chứa ion [ Na ( OH2 ) 6 ] + dạng bát diện, được tìm thấy trong nhiều muối sunfat sắt kẽm kim loại. Những cation này được link với gốc sunfat trải qua link hydro. Độ dài link Na-O là 240 pm. Hai phân tử nước của mỗi đơn vị chức năng công thức phân tử không tạo phối trí với Na +. [ 11 ] Tinh thể natri sunfat đecahiđrat còn không bình thường so với những loại muối ngậm nước khác khi có giá trị entropy dư thừa ( entropy ở nhiệt độ không tuyệt đối ) là 6.32 J · K − 1 · mol − 1. Điều này được cho là do năng lực phân bổ nước nhanh hơn rất nhiều so với hầu hết những muối khác. [ 12 ]
Sản lượng natri sunfat của quốc tế hầu hết là ở dạng đecahiđrat giao động đạt 5.5 đến 6 triện tấn hàng năm. Năm 1985, sản lượng là 4.5 triệu tấn / năm, 50% trong đó là từ những nguồn tự nhiên và 50% là từ công nghiệp xản xuất hóa chất. Sau năm 2000, ở mức độ bền vững và kiên cố cho đến năm 2006, sản xuất từ nguồn tự nhiên tăng lên 4 triệu tấn / năm, và lượng sản xuất từ công nghiệp hóa chất giảm xuống 1.5 đến 2 triệu tấn / năm, với tổng sản lượng là 5.5 đến 6 triệu tấn / năm. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Với tổng thể những ứng dụng, trên thực tiễn, natri sunfat sản xuất trong tự nhiên và trong công nghiệp hóa chất hoàn toàn có thể thay thế sửa chữa cho nhau .
Nguồn tự nhiên[sửa|sửa mã nguồn]
2/3 sản lượng trên quốc tế là nguồn khoáng vật vạn vật thiên nhiên mirabilite, ví dụ như mẫu khoáng vật tìm thấy ở đáy hồ ở phía nam Saskatchewan. Năm 1990, México và Tây Ban Nha là nguồn phân phối natri sunfat vạn vật thiên nhiên lớn của quốc tế ( mỗi nước khoảng chừng 500,000 tấn ), ngoài những còn có Nga, Hoa Kỳ và Canada với khoảng chừng 350,000 tấn mỗi vương quốc. [ 14 ] Nguồn tự nhiên được ước tính vào lúc hơn 1 tỉ tấn. [ 13 ] [ 14 ]Các đơn vị sản xuất lớn từ 200,000 to 1,500,000 tấn / năm vào năm 2006 gồm Searles Valley Minerals ( California, Mỹ ), Airborne Industrial Minerals ( Saskatchewan, Canada ), Química del Rey ( Coahuila, Mexico ), Minera de Santa Marta and Criaderos Minerales Y Derivados, còn được biết là Grupo Crimidesa ( Burgos, Tây Ban Nha ), Minera de Santa Marta ( Toledo, Tây Ban Nha ), Sulquisa ( Madrid, Tây Ban Nha ), và ở Trung Quốc là Chengdu Sanlian Tianquan Chemical ( Tứ Xuyên ), Hongze Yinzhu Chemical Group ( Giang Tô ), Nafine Chemical Industry Group ( Sơn Tây ), and Sichuan Province Chuanmei Mirabilite ( Tứ Xuyên ), và Kuchuksulphat JSC ( Altai Krai, Siberia, Nga ). [ 13 ] [ 15 ] Ở Saskatchewan, một trong những mỏ chính là Saskatchewan Minerals .Muối natri sunfat khan xuất hiện ở nhũng nơi khô khan dưới dạng khoáng vật thenardite. Nó chuyển sang mirabilite từ từ trong không khí ẩm. Nó còn được tìm thấy ở dạng glauberite, một khoáng vật calci natri sunfat. Cả hai khoáng vật kể trên đều ít thông dụng hơn so với mirabilite .
Công nghiệp hóa chất[sửa|sửa mã nguồn]
Khoảng 1/3 lượng natri sunfat còn lại được sản xuất là từ phụ phẩm của những quy trình khác trong công nghiệp hóa học. Phần lớn chúng về mặt hóa học là vốn có của những quy trình bắt đầu, và chỉ mang tính kinh tế tài chính bên lề. Vì thế, bằng hiệu quả đạt được của ngành công nghiệp, lượng natri sunfat sản xuất từ phụ phẩm như này đang giảm dần .
Phần lớn natri sunfat thu được là trong quá trình sản xuất acid clohydric, từ natri chloride (muối ăn) và acid sulfuric, trong quá trình Mannheim, hay từ lưu huỳnh điôxit trong quá trình Hargreaves.[17][18] Natri sunfat thu được từ 2 quá trình trên được gọi là bánh muối.
- Mannheim: 2 NaCl + H2SO4 → 2 HCl + Na2SO4
- Hargreaves: 4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O → 4 HCl + 2 Na2SO4
Nguồn natri sunfat sản xuất lớn thứ hai là từ quy trình mà axit sunfuric được trung hòa bởi natri hydroxide, được vận dụng quy mô lớn trong sản xuất tơ tự tạo. Phương pháp này còn là giải pháp điều chế trong phòng thí nghiệm thuận tiện và vận dụng thoáng rộng .
- 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)
Trong phòng thí nghiệm nó còn được tổng hợp từ phản ứng giữa natri bicacbonat và magie sunfat .
- 2NaHCO3 + MgSO4 → Na2SO4 + Mg(OH)2 + 2CO2
Trước đây, natri sunfat còn là phụ phẩm của quá trình sản xuất natri đicromat, khi đó axit sunfuric được cho vào natri cromat để tạo natri đicromat hay sau đó là axit cromic. Ngoài ra natri sunfat còn được tạo ra từ các quá trình sản xuất Natri sunfat hoặc được hình thành trong sản xuất lithi cacbonat, chất tạo phức, resorcinol, axit ascorbic, chất tạo màu silica, axit nitric, và phenol.[13]
Natri sunfat dạng khối thường được tinh chế trải qua dạng đecahiđrat, vì dạng khan có khuynh hướng lôi cuốn những hợp chất hữu cơ và những hợp chất chứa sắt. Dạng khan được điều chế thuận tiện từ dạng ngậm nước bằng cách làm nóng nhẹ .Những đơn vị sản xuất natri sunfat dạng phụ phẩm chính vào thời gian 50 – 80 triệu tấn / năm năm 2006 gồm Elementis Chromium ( công nghiệp sản xuất crom, Castle Hayne, Nam Carolina, Mỹ ), Lenzing AG ( 200 triệu tấn / năm, công nghiệp sản xuất tơ tự tạo, Lenzing, Áo ), Addiseo ( Rhodia cũ, công nghiệp sản xuất methionin, Les Roches-Roussillon, Pháp ), Elementis ( công nghiệp sản xuất crom, Stockton-on-Tees, Mỹ ), Shikoku Chemicals ( Tokushima, Nhật Bản ) và Visko-R ( công nghiệp sản xuất tơ tự tạo, Nga ). [ 13 ]
Natri sunfat từng dùng để làm khô những chất lỏng hữu cơ. Như ở đây dạng vón cục được tạo ra, chứng tỏ có sự sống sót của nước trong chất lỏng hữu cơ .Xa hơn nữa, chất lỏng hoàn toàn có thể được làm khô ráo khi hình thành dạng vón cục .
Công nghiệp sản phẩm & hàng hóa toàn thế giới[sửa|sửa mã nguồn]
Với Ngân sách chi tiêu ở Mỹ là 30 USD / tấn năm 1970, 6 đến 90 USD / tấn cho chất lượng bánh muối và 130 USD / tấn cho cấp cao hơn, natri sunfat là một vật tư rất rẻ tiền. Ứng dụng thoáng đãng nhất là làm chất độn trong những loại thuốc tẩy quần áo tại nhà dạng bột, chiếm khoảng chừng 50 % lượng mẫu sản phẩm làm ra. Ứng dụng này đang giảm đi vì người tiêu dùng trong nước đang chuyển hướng nhanh gọn sang loại chất tẩy dạng lỏng hay dạng rắn không chứa natri sunfat. [ 13 ]Một ứng dụng khác trước đây của natri sunfat, đặc biệt quan trọng ở Mỹ và Canada, lad trong quy trình Kraft để sản xuất bột giấy. Các chất hữu cơ xuất hiện trong ” nước đen ” thải ra từ quy trình này được đốt để tạo nhiệt, cần chuyển hóa natri sunfat thành natri sunfit. Tuy vậy, quy trình này đang được thay thế sửa chữa bằng những chiêu thức mới hơn ; việc sử dụng natri sunfat trong công nghiệp sản xuất bột giấy tại Mỹ và Canada giảm xuống từ 1.4 triệu tấn / năm năm 1970 còn chỉ vào khoảng chừng 150,000 tấn năm 2006. [ 13 ]Công nghiệp sản xuất thủy tinh cung ứng một ứng dụng đáng kể khác của natri sunfat, là ứng dụng nhiều thứ hai ở châu Âu. Natri sunfat được dùng làm chất làm sạch giúp vô hiệu những bọt khí nhỏ ra khỏi thủy tinh nóng chảy, và ngăn ngừa quy trình tạo bọt của thủy tinh nóng chảy trong khi tinh chế. Công nghiệp sản xuất thủy tinh ở châu Âu tiêu thụ khoảng chừng 110,000 tấn mỗi năm trong tiến trình 1970 – 2006. [ 13 ]Natri sunfat có vai trò quan trọng trong sản xuất vải, nhất là ở Nhật Bản, nơi nó được ứng dụng nhiều nhất. Natri sunfat giúp làm bằng phẳng, vô hiệu những điện tích âm trên sợi vải để thuốc nhuộm hoàn toàn có thể thấm sâu hơn. Khác với natri chloride, nó không ăn mòn những bình nhuộm bằng thép không gỉ. Ứng dụng này ở Mỹ và Nhật Bản tiêu thụ khoảng chừng 100,000 tấn năm 2006. [ 13 ]
Dung lượng trữ nhiệt cao khi chuyển pha từ rắn sang lỏng, và nhiệt độ chuyển pha thuận tiện 32 °C ( 90 °F ) làm cho vật tư này đặc biệt quan trọng tương thích cho việc tích trữ nhiệt mặt trời mức thấp để sau đó giải phóng ra trong ứng dụng nhiệt trong khoảng trống. Trong một vài ứng dụng vật tư này còn được sáp lại thành những tấm ngói nhiệt đặt trong vùng gác thượng trong khi 1 số ít khác thì sáp lại thành những tấm pin bao quanh bởi nước đun nóng bằng mặt trời. Sự chuyển pha được cho phép giảm khối lượng vật tư trong thực tiễn để trữ nhiệt có hiệu suất cao ( nhiệt nóng chảy của natri sunfat đecahiđrat là 25.53 kJ / mol hay 252 kJ / kg [ 19 ] ), với sự thuận tiện hơn nữa từ tính đồng nhất của nhiệt độ miễn là có vừa đủ vật tư trong pha thích hợp .
Với ứng dụng làm mát, một hỗn hợp tạo với muối ăn natri chloride thông thường cũng làm giảm nhiệt độ nóng chảy xuống 18 °C (64 °F). Nhiệt nóng chảy của NaCl.Na2SO4·10H2O, tăng nhẹ lên thành 286 kJ/kg.[20]
Ứng dụng quy mô nhỏ[sửa|sửa mã nguồn]
Trong phòng thí nghiệm, natri sunfat khan được sử dụng thoáng rộng như một chất làm khô trơ, vô hiệu dấu vết của nước ra khỏi những chất lỏng hữu cơ. [ 21 ] Nó hiệu suất cao hơn nhưng hoạt động giải trí chậm hơn so với tác nhân tựa như magie sulfat. Nó chỉ có công dụng ở nhiệt độ dưới 30 °C, nhưng nó hoàn toàn có thể dùng với nhiều loại vật liệu vì tính trơ hóa học của nó. Natri sunfat được thêm vào dung dịch cho đến khi những tinh thể không còn vón cục nữa ; hai video clip ( xem trên ) lý giải rõ cách những tinh thể vón cục khi bị ẩm, nhưng một vài tinh thể trôi tự do một khi mẫu chất được làm khô trọn vẹn .Muối Glauber, đecahiđrat, đã từng được dùng làm thuốc nhuận tràng. Nó có hiệu suất cao trong việc vô hiệu những loại thuốc ví dụ như acetaminophen ra khỏi khung hình, sau khi dùng quá liều. [ 22 ] [ 23 ]Năm 1953, natri sunfat được yêu cầu để trữ nhiệt trong những mạng lưới hệ thống nhiệt mặt trời thụ động. Điều này dựa vào ưu điểm của đặc tính tan không bình thường của nó, và nhiệt kết tinh cao ( 78.2 kJ / mol ). [ 24 ]Các ứng dụng khác gồm có phá băng cửa kính, trong chất làm thơm thảm, sản xuất bột hồ, và chất phụ gia trong thức ăn gia súc .Gần đây, natri sunfat được tìm thấy có hiệu suất cao trong việc hòa tan vàng được mạ trong những mẫu sản phẩm máy tính có chứa phần cứng mạ vàng như pin, và những đầu nối và bộ chuyển mạch khác. Nó bảo đảm an toàn hơn, rẻ hơn so với những thuốc thử dùng trong tái tạo vàng, với rất ít lo ngại về phản ứng phụ hay tác động ảnh hưởng sức khỏe thể chất .
Ít nhất có một công ty, ThermalTake, làm tấm tản nhiệt cho laptop (iXoft Notebook Cooler) sử dụng natri sunfat đecahiđrat nằm bên trong tấm nhựa. Vật liệu chuyển từ từ sang thể lỏng và xoay vòng, giúp cân bằng nhiệt độ laptop và hoạt động như vật cô lập.
Mặc dù natri sunfat nói chung được xem là không độc, [ 25 ] nên sử dụng nó với sự thận trọng. Bụi hoàn toàn có thể gây ra hen suyễn tam thời hay kích ứng mắt ; rủi ro tiềm ẩn này hoàn toàn có thể ngăn ngừa khi dùng bảo lãnh mắt và mặt nạ giấy. Vận chuyển không hạn chế, và không có nhóm từ nguy cơ tiềm ẩn hay nhóm từ bảo đảm an toàn nào được dùng. [ 26 ]
