Natri cacbonat (Na2CO3) là gì? Tính chất hóa học, tính chất vật lí, nhận biết, điều chế, ứng dụng của Na2CO3

Natri Cacbonat (Na₂CO₃) là gì? 

1. Định nghĩa

Natri cacbonat là một muối diazonium của axit cacbonic với công thức hóa học Na₂CO₃.

Natri cacbonat có tác dụng kiềm hóa. 

Khi natri cacbonat hòa tan trong nước, nó tạo ra axit cacbonic và natri hiđroxit.

Natri cacbonat (Na₂CO₃ ) có khối lượng mol phân tử là 106,0 g / mol. Nó là một muối natri của axit cacbonic được tạo thành từ hai cation natri (Na + ) và một anion cacbonat (CO₃ 2- ). Nó được tạo thành từ heptahydrat kết tinh. 

2. Tính chất

2.1 Tính chất vật lý 

Trạng thái tồn tại: Chất rắn khan, không mùi, màu trắng và là một chất hút ẩm tốt.

Khối lượng riêng: 2.532 g/cm³, thể rắn

Khối lượng mol: 105.9884 g/mol

Nhiệt độ nóng chảy: 851^oC (1124 K)

Nhiệt độ sôi: 1600 °C (2451 K)

Nhiệt độ phân hủy:  853^oC

Độ tan: Tan hoàn toàn trong nước nóng, glycerol, axit sunfuic .  Ở 20°C, độ tan trong nước là 22 g/100 ml, phản ứng tỏa nhiệt lớn. Hòa tan một phần trong dung dịch acetone, alcohol, methanol

Trạng thái dung dịch:

• Thấp hơn 32.5°C: Kết tinh thành Na₂CO₃.10H₂O
• Từ 32.5 – 37.5°C: Tạo thành tạo Na₂CO₃.7H₂O
• Từ 37.5°C đến dưới 107°C: Biến đổi thành Na₂CO₃.H₂O
• Từ 107°C: Trở thành natri cacbonat khan do nước hoàn toàn bị bốc hơi hết.

Tính ăn mòn: Không ăn mòn thủy tinh nhưng dung dịch natri cacbonat đặc nóng có thể ăn mòn thépTrong không khí, decahiđrat Na₂CO₃.10H₂O dễ xảy ra hiện tượng thoát nước để trở thành dạng bột có màu trắng Na₂CO₃.5H₂O

• 2.2 Tính chất hóa học 

Natri cacbonat (Na₂CO₃₎ có thể phản ứng với HCl loãng để giải phóng cacbon đioxit. 

• Na₂CO₃ + 2HCl loãng $\to$ 2NaCl + H₂O + CO₂

• Natri cacbonat (Na₂CO₃) hấp thụ carbon dioxide và nước để tạo ra natri hydro cacbonat–

•  

  Na₂CO₃ (bão hòa) + H₂O + CO₂ $\to$ 2NaHCO₃

• Phản ứng với hydro florua- 

•  

  Na₂CO₃ + 2HF $\to$ 2NaF + H₂O + CO₂

• 3.Vai trò

Natri cacbonat - Na₂CO₃ có 2 dạng là: dạng nặng và dạng nhẹ.

Dạng nặng (khối lượng riêng là 1 kg/dm3): Được dùng trong công nghiệp chế tạo thủy tinh.

Natri cacbonat chiếm 13 – 15% trong tổng số các nguyên liệu sản xuất thủy tinh, dùng để nấu thủy tinh, hạ nhiệt độ nung chảy cát silic trong và làm tăng thêm tính mềm dẻo. Dù chỉ giữ vị trí thứ 2 về khối lượng chất đưa vào nhưng chi phí của nó lại chiếm tới 50 – 60% tổng chi phí nguyên liệu sản xuất.

Dạng nhẹ (khối lượng riêng là 0,5kg/dm3)

3.1 Trong công nghiệp sản xuất

Trong ngành công nghiệp sản xuất các loại chất tẩy rửa, Natri cacbonat được sử dụng làm chất độn và chất phụ gia với nhu cầu sử dụng chiếm khoảng 10 -12% sản lượng Na₂CO₃ trên toàn thế giới.

Na₂CO₃ là chất đầu vào để sản xuất nhiều hợp chất của natri như xút ăn da, thủy tinh tan, cromat, dicromat, borac, chúng chiếm đến 30% nhu cầu. Đôi khi, dung dịch Natri cacbonat lỏng còn được dùng để thay thế cho Na₂CO₃

Dung dịch natri cacbonat được dùng để làm sạch lớp dầu mỡ tồn tại trên bề mặt các chi tiết của máy móc trước khi tiến hành phun sơn hoặc tráng kim loại.

Hỗ trợ loại bỏ lưu huỳnh tronh xử lý nước thải và khí thải.

Na₂CO₃ được dùng trong sản xuất cao su tổng hợp, chất nổ, tinh chế dầu.

3. 3 Trong công nghiệp thực phẩm

Na₂CO₃ tinh khiết (bột nở) được sử dụng làm chất tạo xốp, giòn cho nhiều loại bánh như quẩy, muffin, cookies, biscuits

Người ta còn dùng chúng để làm giảm độ axit, độ chua của nước chanh, sốt cà chua.

Có thể làm rút ngắn thời gian nấu, giúp các loại đậu nhanh chín bằng cách ngâm chúng trong dung dịch Natri cacbonat. Việc này khắc phục đáng kể tình trạng đầy bụng khi săn các loại đậu.

Natri cacbonat làm mềm nhanh chóng các món hầm.

4. Ứng dụng 

Natri cacbonat (Na₂CO₃) thường được sử dụng cho các mục đích sau:

Natri cacbonat (hoặc soda giặt) là một chất làm sạch. Nhiều loại bột xà phòng khô có chứa natri cacbonat.

Nó được sử dụng để loại bỏ cả độ cứng tạm thời và vĩnh viễn của nước. 

Nó được sử dụng trong sản xuất thủy tinh, xà phòng và giấy. 

Nó còn được sử dụng trong sản xuất các hợp chất natri như borax.

Na₂CO₃ có nhiều ứng dụng trong ẩm thực.

Na₂CO₃ cũng được sử dụng làm bazơ mạnh trong nhiều ứng dụng khác nhau.

\

5. Điều chế

5.1 Trong tự nhiên 

Natri cacbonat tồn tại trong tro của rong biển ở một số vùng đại dương miền Tây Nam Tây Ban Nha (25–30% ) hoặc các hồ muối, mỏ muối dưới dạng Na2CO3.nH2O, Na2CO3.NaHCO3.2H2O ở những khu vực thung lũng có mưa nhiều, không khí khô và gần núi đá vôi.

Sản xuất từ các loại đá quặng trong tự nhiên: Quặng natri cacbonat được tìm thấy nhiều nhất ở Botswana, Trung Quốc, Ai Cập, Ấn Độ, Kenia, Mêxicô, Pêru, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ và Mỹ. Trên thế giới có hơn 60 loại quặng natri cacbonat, chiếm 1/3 sản lượng natri cacbonat.

Tuy nhiên, natri cacbonat thu được lại không có độ tinh khiết cao vì có chứa nhiều tạp chất như muối clorua, sunfat và các chất không tan.

Hiện nay, các hồ, mỏ muối lớn phần lớn có ở châu Phi, châu Mỹ, châu Âu, Ấn Độ như Iagafdi, Bora, Tơ-ron, vùng Cát Biên, Segadin, Lu-na.

Để khai thác natri cacbonat từ sâu trong lòng đất, người ta cho nước nóng xuống giếng khoan với mục đích hoà tan natri cacbonat đến khi đạt mức nồng độ là 32 độ Bo-mê thì đưa lên mặt đất, sau đó mang đi đem hòa tan rồi kết tinh phân đoạn để thu được sản phẩm tinh khiết.

5.2 Trong công nghiệp 

Phương pháp Leblanc hay còn gọi là phương pháp sunfat:

Nung hỗn hợp natri sunfat với than và đá vôi trong điều kiện nhiêt độ 1000^oC

Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂

Na₂S + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaS

Mang hỗn hợp sản phẩm được tạo ra hòa tan với nước  để tách CaS do nó không tan. CaS có thể tiếp tục được sử dụng để sản xuất lưu huỳnh.

Phương pháp Solvay sử dụng amoniac:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NH₄Cl

NaHCO₃ ít tan trong nước được tách ra, nhiệt phân tạo thành Na₂CO₃

 2NaHCO₃ ↔ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Công nghệ Solvay

Các sản phẩm phụ sau phản ứng lại tiếp tục được chế hóa lại để sử dụng lại cho quá trình điều chế Na₂CO₃ tiếp theo.

6. Bài tập liên quan

Bài 1: Nung 100 gam hỗn hợp gồm Na₂CO₃ và NaHCO₃ cho đến khi khối lượng hỗn hợp không đổi được 69 gam chất rắn. Phần trăm khối lượng của mỗi chất tương ứng trong hỗn hợp ban đầu là

A. 15,4% và 84,6%

B. 22,4% và 77,6%

C. 16% và 84%

D. 24% và 76%

Hướng dẫn

Chỉ có NaHCO₃ bị phân hủy. Đặt x là số mol NaHCO₃

2NaHCO₃ $\stackrel{\mathrm{t}°}{\to }$ Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

       x        $\to$      0,5x

Theo phương trình và giả thiết ta có: 84x – 106.0,5x = 100 – 69

→  x = 1

$\to {\mathrm{m}}_{{\mathrm{NaHCO}}_3}=84\mathrm{gam}$

Vậy NaHCO₃ chiếm 84% và Na₂CO₃ chiếm 16%

Bài 2 : Nhỏ từ từ đến hết 100 ml dung dịch X gồm K₂CO₃ 1,5M và NaHCO₃ 1M vào 200 ml dung dịch HCl 1M, sinh ra V lít khí (đktc). Giá trị của V là

A. 2,80.

B. 3,36.

C. 5,60.

D. 6,72.

Hướng dẫn

Ta có:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}{\mathrm{n}}_{\mathrm{HCl}}=0,2\mathrm{mol}\\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{K}}_2{\mathrm{CO}}_3}=0,15\mathrm{mol}\\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{NaHCO}}_3}=0,1\mathrm{mol}\end{array}\right. \\ \to \left\{\begin{array}{l}{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_3^{2-}}=0,15\mathrm{mol}\\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}=0,1\mathrm{mol}\\ {\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}^{+}}=0,2\mathrm{mol}\end{array}\right. \end{gathered}$$

Ta thấy:

${\mathrm{n}}_{{\mathrm{H}}^{+}}=0,2\mathrm{mol}<2{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_3^{2-}}+{\mathrm{n}}_{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}=0,4\mathrm{mol}$

$\to$H⁺ hết

Tỉ lệ: $\frac{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_3^{2-}}}{{\mathrm{n}}_{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}}=\frac{0,15}{0,1}=\frac{3}{2}$

$\to {\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_3^{2-}}:{\mathrm{n}}_{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}=3:2$

Gọi số mol của thành lần lượt là 3x và 2x mol

Phương trình hóa học:

$\begin{array}{l}{\mathrm{CO}}_3^{2-}+2{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ 3\mathrm{x}\to 6\mathrm{x}\to 3\mathrm{x}\end{array}$

$\begin{array}{l}{\mathrm{HCO}}_3^{-}+{\mathrm{H}}^{+}\to {\mathrm{CO}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\\ 2\mathrm{x}\to 2\mathrm{x}\to 2\mathrm{x}\end{array}$

→ 6x + 2x = 0,2 → x = 0,025

Theo phương trình:

${\mathrm{n}}_{{\mathrm{CO}}_2}=5\mathrm{x}=5.0,025=0,125\mathrm{mol}$

$\to {\mathrm{V}}_{{\mathrm{CO}}_2}=0,125.22,4=2,8$ lít

Chọn A.