硫酸ナトリウム（NA2SO4）：構造、特性、用途、入手 - 化学 - 2024

硫酸ナトリウムを有する無機塩である化学式のNa ₂ SO ₄。それは3つの形態で存在する白い固体から成ります：無水物、七水和物（ほとんど入手できません）、十水和物（グラウベール塩として知られています）。後者は最も豊富な硫酸ナトリウムの形態です。

硫酸ナトリウム十水和物Na ₂ SO ₄・10H ₂ Oは、1625年に湧水でグローバートによって発見されました。

硫酸ナトリウムのサンプルが入った時計皿。出典：ウォーカーマ、ウィキペディア経由。

硫酸ナトリウムは、繊維および製紙産業、ならびにガラス製造において数多くの用途があります。その用途は、周囲の熱の供給やラップトップの冷却などの熱アプリケーションにまで拡大されています。

硫酸ナトリウムは低毒性の化合物であり、その有害な作用は主に機械的で非化学的です。結晶学的な理由から、この塩は、対応するカリウム、K ₂ SO _4と同様に、格子構造と多形構造を持っています。

構造

無水塩

無水硫酸ナトリウムイオン。出典：Claudio Pistilli

式Na ₂ SO ₄は、Na ⁺とSO ₄ ^2-イオンが塩の結晶中で1：2の比率であることをすぐに示します。つまり、2つのNa ⁺陽イオンごとに、陰イオンSO ₄ ^2-が静電引力によって相互作用します（上の画像）。

もちろん、これは無水Na ₂ SO ₄に当てはまり、水分子は結晶内のナトリウムと協調していません。

硫酸ナトリウム

明らかに単純な塩であるにもかかわらず、その説明は構造的に複雑です。Na ₂ SO ₄は、最大5つの結晶相（I、II、III、IV、V）を持つ多形を示し、その転移温度はそれぞれ180、200、228、235、883℃です。

それを証明するための参照はありませんが、Na ₂ SO ₄ Iは六方晶の結晶構造を持つものである必要があります。斜方晶Na ₂ SO ₄ III と比較して、Na ⁺が四面体（NaO ₄）を形成する斜方晶のNa ₂ SO ₄ III 八面体（NaO ₆）の調整。つまり、4つまたは6つのSO ₄ ^2-アニオンで囲むことができます。

脱水塩

一方、最も重要な水和物であるNa ₂ SO ₄・10H ₂ O の単斜晶構造はより単純です。その中で、Na（H ₂ O）₆ ⁺八面体のNa ⁺と相互作用または調整するのは実際には水分子であり、SO ₄ ^2-は結晶に十分な安定性を提供するだけで、固相に存在します。

しかし、その融点（32.38ºC）は無水塩（884ºC）の融点よりもはるかに低く、水分子とその水素結合がNa ₂ SO _4のより強いイオン相互作用を弱める方法を示しています。

プロパティ

お名前

-硫酸ナトリウム（IUPAC）

-グラウバーの塩（10水和物）

-奇跡の塩（十水和物）

-硫酸ナトリウム。

モル質量

142.04 g / mol（無水）

322.20 g / mol（十水和物）

外見

白い吸湿性の結晶性固体

におい

トイレ

味

苦くて塩辛い

密度

2,664 g / cm ³（無水）

1,464 g / cm ³（十水和物）

結晶内の水分子が結晶を膨張させ、密度を低下させることに注意してください。

融点

884ºC（無水）

32.38ºC（10水和物）

沸点

1,429ºC（無水）

水溶性

4.76 g / 100 ml（0ºC）

13.9 g / 100 ml（20°C）

42.7 g / 100 ml（100°C）

すべての溶解度の値は、すべての温度で水に非常に溶ける無水塩に対応しています。

溶解度は0℃から38.34℃の間で急激に増加し、この温度範囲では溶解度が10倍以上増加することがわかります。ただし、32.38ºCから、溶解度は温度に依存しません。

32.8ºCの温度で、硫酸ナトリウム十水和物がそれ自体の結晶水に溶解することが起こります。したがって、十水和物塩、無水塩および硫酸ナトリウムの飽和溶液の間で平衡に達する。

三相状態が維持されている限り、温度は一定に保たれ、温度計の温度を校正できます。

一方、七水和塩の溶解度は次のとおりです。

19.5 g / 100 ml（0ºC）

44.0 g / 100 ml（20°C）

20°Cでは、7水和物塩は無水塩の3倍溶解します。

屈折率

1,468（無水）

1.394（十水和物）

安定

推奨保管条件下で安定しています。強酸および強塩基、アルミニウムおよびマグネシウムとは相容れない。

分解

加熱して分解すると、硫黄酸化物とナトリウム酸化物の有毒な煙が発生します。

pH

5％水溶液のpHは7です。

反応性

硫酸ナトリウムは水溶液中で2 Na ⁺とSO ₄ ^2-に解離し、硫酸イオンがBa ²⁺と結合して硫酸バリウムを沈殿させます。水サンプルからバリウムイオンを排除するのに役立ちます。

硫酸ナトリウムは、高温で石炭と反応することにより硫化ナトリウムに変換されます。

Na ₂ SO ₄ + 2 C => Na ₂ S + 2 CO ₂

グローバートの塩、NaSO ₄ .10H ₂ Oは炭酸カリウムと反応して炭酸ナトリウムを生成します。

用途

製紙業

硫酸ナトリウムは紙パルプの製造に使用されます。リグニンを含まず、漂白工程を経ていないためクラフト紙の製造に使用され、優れた耐性を発揮します。また、段ボールの製造にも使用されます。

洗剤

家庭用合成洗剤の充填材として使用され、表面張力を下げるために洗剤に添加されています。

眼鏡

溶融ガラス中の小さな気泡の存在を低減または排除するためにガラス製造で使用されます。また、溶融ガラスの清澄工程でのスラグの発生を防ぎます。

織物産業

硫酸ナトリウムは染料と布地の繊維との相互作用を促進するため、媒染剤として使用されます。硫酸ナトリウム十水和物は染料テストで使用されます。

さらに、硫酸ナトリウムは染料希釈剤および染料印刷助剤として使用されます。直接染料、硫化染料、および綿の染色を促進するその他の薬剤など。それはまた直接絹染料のための抑制剤として使用されます。

薬

硫酸ナトリウム十水和物は、腸で十分に吸収されないため、下剤として使用され、したがって、腸の内腔に残り、体積の増加を引き起こします。これは、腸内容物の排出を誘発する蠕動収縮の増加を刺激します。

硫酸ナトリウムはバリウムと鉛塩中毒を制御するための解毒剤です。グローバートの塩は、過度に摂取された特定の薬物を排除するのに効果的です。たとえば、パラセタモール（アセトアミノフェン）。

さらに、それは等浸透圧溶液に存在する不足している電解質を供給するために使用されます。

乾燥剤

不活性試薬である硫酸ナトリウムは、有機化合物の溶液から水を除去するために使用されます。

原材料

硫酸ナトリウムは、硫化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸アンモニウムなどの多くの物質の生産の原料として使用されます。

入手

硫酸ナトリウムは、採掘抽出と化学反応によって得られます。

採鉱

商業的収率で利用される鉱石または鉱物には、テナーダイト（Na ₂ SO ₄）、ミラビライト（Na ₂ SO ₄・10H ₂ O）、グラウバライト（Na ₂ SO ₄・CaSO ₄）の3つがあります。

スペインでは、テナーダイトとミラビライトの鉱床は、ギャラリーや柱の地下採掘によって開発されています。一方、グラウブライトは、鉱床に置かれた大きないかだによって、野外で得られます。

土地は、硫酸ナトリウムの浸出を可能にする多孔性を生成するために、低強度のブラストで準備されています。生産段階は、グラウブライトの淡水スプリンクラー灌漑で発生し、その浸出は下向きに広がります。

硫酸ナトリウムブラインが収集され、硫酸カルシウム残留物が充填物として残ります。

化学生産

硫酸ナトリウムは、マンハイムプロセスとハードグリーブプロセスという2つのプロセスによる塩酸の製造中に得られます。

マンハイムプロセス

大型の鋼鉄製の炉で、6 mの鋼製反応プラットフォームを使用して行われます。反応は塩化ナトリウムと硫酸の間で起こります：

2 NaCl + H ₂ SO ₄ => 2 HCl + Na ₂ SO ₄

Hardgreavesプロセス

これには、塩化ナトリウム、酸化硫黄、酸素、および水の反応が含まれます。

4 NaCl + 2 SO ₂ + O ₂ + 2 H ₂ O => 4 HCl + Na ₂ SO ₄

その他

硫酸ナトリウムは、水酸化ナトリウムと硫酸の間の中和反応で生成されます：

2 NaOH + H ₂ SO ₄ => Na ₂ SO ₄ + H ₂ O

硫酸ナトリウムは多くの化合物の生産の副産物です。ビスコースやセロファンの製造時に排出される廃液から抽出されます。また、重クロム酸ナトリウム、フェノール、ホウ酸、リチウムカーバメートの製造。

リスク

硫酸ナトリウムは低毒性の化合物と考えられています。しかし、それを不適切に使用する人に何らかの害を及ぼす可能性があります。

たとえば、接触は目の炎症、発赤、痛みを引き起こす可能性があります。皮膚では、一部の人に刺激やアレルギーを引き起こす可能性があります。その摂取は、悪心、嘔吐および下痢を伴う消化管の炎症を引き起こす可能性があります。そして最後に、その吸入は気道に刺激を引き起こします。

参考文献

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