Muối natri cacbonat

Natri cacbonat, còn được biết đến với tên gọi là soda, là một loại muối cacbonat của natri có công thức hóa học là Na₂CO₃. Natri cacbonat là một loại muối tồn tại bền trong thiên nhiên, thường được tìm thấy trong các nguồn nước khoáng, nước biển và các mỏ muối trong lòng đất. Một số ít cũng có thể được tìm thấy dưới dạng tinh thể, pha trộn với canxi cacbonat. Quá trình hình thành chủ yếu trong tự nhiên là do sự biến đổi địa hình của Trái Đất khiến cho một số hồ gần biển hoặc vịnh bị cô lập, dẫn đến sự tích tụ dần các muối và chôn vùi chúng trong lòng đất, tạo thành các mỏ muối. Muối natri còn lại trong tự nhiên (nước biển) được hình thành do sự hòa tan khí CO₂ trong không khí.

Với nguồn lượng lớn và quá trình khai thác đơn giản, giá bán muối natri cacbonat trên thị trường rất rẻ: 16.000 đồng/1 kg vào năm 2010 (~ $0,84/1 kg).

Không nhầm lẫn muối natri cacbonat với natri bicacbonat. Muối natri cacbonat là một chất có tính ăn mòn mạnh, không phù hợp để sử dụng trong lĩnh vực ẩm thực, đặc biệt là trong gia đình hoặc thủ công.

Tính chất vật lý

Natri cacbonat là một chất bột màu trắng, có tính chất hút ẩm và nóng chảy ở 851 ℃, vẫn giữ nguyên đến 853 ℃ trước khi phân hủy.

Natri cacbonat dễ tan trong nước, khi tan phát ra nhiệt do hình thành hydrat. Trên 32,5–37,5 ℃, natri cacbonat tạo thành Na₂CO₃·7H₂O, trên 37,5 ℃ biến thành Na₂CO₃·H₂O và từ 107 ℃ trở lên thì mất nước hoàn toàn thành natri cacbonat khan.

Độ tan của các hydrat chứa nhiều phân tử nước tăng theo nhiệt độ, còn của monohydrat thì ngược lại. Trong không khí, decahydrat Na₂CO₃·10H₂O dễ mất bớt nước kết tinh, tạo thành bột trắng vụn Na₂CO₃·5H₂O.

Tính chất hóa học

Tác dụng với axít mạnh tạo thành muối, nước và giải phóng khí CO₂.

Na2CO3 phản ứng với 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑

• Tác dụng với chất cơ sở tạo muối mới và chất cơ sở mới:

Na2CO3 phản ứng với Ca(OH)2 → 2NaOH + CaCO3↓

• Tác dụng với muối tạo thành hai muối mới:

Na2CO3 phản ứng với CaCl2 → 2NaCl + CaCO3

• Hoán đổi với natri bicacbonat theo phản ứng:

Na2CO3 + CO2 + H2O ⇌ 2NaHCO3

• Trong dung dịch nước, Na2CO3 bị thủy phân mạnh tạo môi trường cơ sở, làm thay đổi màu các chỉ thị: dung dịch phenolphtalein từ màu không vào màu hồng, quỳ tím chuyển sang màu xanh:

Na2CO3 → 2Na + CO3

CO3 + H2O ⇌ HCO3 + OH ⇒ Dung dịch Na2CO3 có tính cơ sở yếu.

Ứng dụng

• Trong ngành công nghiệp, natri cacbonat được sử dụng để sản xuất thủy tinh, xà phòng, giấy, gốm sứ, phẩm nhuộm, dệt may, và điều chế nhiều muối natri khác như borat, cromat…
• Sản xuất keo dán gương và thủy tinh lỏng.

Sản xuất

Natri cacbonat tự nhiên có sẵn trong các hồ muối, mỏ muối và tro rong biển. Người Ai Cập cổ đã biết khai thác tài nguyên muối này từ 4000 năm trước, và từ thế kỷ XV–XVI, tro rong biển được sử dụng để sản xuất xà phòng và thủy tinh.

Trước đây trong ngành công nghiệp, Na2CO3 được sản xuất theo phương pháp sunfat, hay còn gọi là phương pháp Leblanc, do nhà hóa học người Pháp N. Leblanc (1742–1806) đề xuất vào năm 1791. Chi tiết như sau:

• Nung pha trộn natri sunfat (Na₂SO₄) với than (C) và đá vôi (CaCO₃) ở 1000 ℃, sẽ xảy ra hai phản ứng sau:

  Na₂SO₄ + 2C → Na₂S + 2CO₂↑

  Na₂S + CaCO₃ → Na₂CO₃ + CaS

• Hòa tan hỗn hợp sản phẩm vào nước sẽ tách được CaS không tan ra khỏi Na₂CO₃. CaS sau đó có thể được sử dụng để sản xuất lưu huỳnh.

Natri cacbonat ngày nay thường được sản xuất bằng phương pháp amonia, hay còn gọi là phương pháp Solvay, được nhà hóa học người Bỉ E. Solvay (1838–1922) đề xuất vào năm 1864. Phương pháp này dựa vào phản ứng hóa học:

NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O ⇌ NaHCO₃ + NH₄Cl

NaHCO₃ ít tan trong nước và có thể được tách ra, khi nhiệt phân sẽ tạo thành Na₂CO₃:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

• Natri bicacbonat
• Lithi cacbonat
• Kali cacbonat
• Rubidi cacbonat
• Xêzi cacbonat
• Natri hiđrocacbonat
• Magie cacbonat
• Axit cacbonic
• Muối cacbonat