Соли натрия и калия
Сода: от Леблана до Сольве
Сода нужна для стекла, мыла, бумаги, текстиля. Природной соды не хватало, и в 1791 году Никола Леблан предложил способ из поваренной соли: \(\ce{2NaCl + H2SO4 -> Na2SO4 + 2HCl}\); \(\ce{Na2SO4 + 2C + CaCO3 ->[t] Na2CO3 + CaS + 2CO2}\). Способ давал горы отходов (\(\ce{CaS}\)) и тучи хлороводорода.
history_eduЭрнест Сольве
В 1861 году бельгиец Эрнест Сольве создал аммиачный способ — почти безотходный цикл:
- \(\ce{NaCl + NH3 + CO2 + H2O -> NaHCO3 v + NH4Cl}\) — малорастворимый гидрокарбонат выпадает из холодного рассола.
- \(\ce{2NaHCO3 ->[t] Na2CO3 + CO2 + H2O}\) — \(\ce{CO2}\) возвращается на стадию 1.
- \(\ce{CaCO3 ->[t] CaO + CO2}\); \(\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}\).
- \(\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 -> CaCl2 + 2NH3 + 2H2O}\) — аммиак возвращается.
Итог: \(\ce{2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 + CaCl2}\) — формально та самая «невозможная» реакция Бертолле (урок 56)! Сольве заработал огромное состояние и финансировал знаменитые Сольвеевские конгрессы физиков, где спорили Эйнштейн и Бор.
boltПочему выпадает \(\ce{NaHCO3}\)
Из четырёх возможных солей (\(\ce{NaCl}\), \(\ce{NH4Cl}\), \(\ce{NaHCO3}\), \(\ce{NH4HCO3}\)) гидрокарбонат натрия наименее растворим в холодном растворе — он и выпадает, сдвигая равновесие.
Карбонаты и кристаллогидраты
| Соль | Название | Особенности |
|---|---|---|
| \(\ce{Na2CO3}\) | кальцинированная сода | безводная, для стекла |
| \(\ce{Na2CO3*10H2O}\) | кристаллическая сода | выветривается на воздухе |
| \(\ce{NaHCO3}\) | питьевая сода | разрыхлитель, антацид |
| \(\ce{K2CO3}\) | поташ | из золы растений; жидкое мыло, стекло |
| \(\ce{Na2SO4*10H2O}\) | глауберова соль | слабительное, теплоаккумулятор |
Выветривание. Кристаллическая сода на воздухе теряет воду: \(\ce{Na2CO3*10H2O -> Na2CO3*H2O + 9H2O}\) — прозрачные кристаллы становятся белым порошком. Давление пара воды над кристаллогидратом больше, чем в сухом воздухе.
auto_awesomeПоташ из золы
«Поташ» — от голландского potash, «горшечная зола»: золу древесины вываривали в горшках, получая \(\ce{K2CO3}\). В XVIII веке Россия была крупнейшим экспортёром поташа — сжигая огромные леса. Слово «калий» (kalium) — от арабского «аль-кали», зола растений.
scienceСоли натрия и калия
- \(\ce{Na2CO3 + H2O <=> NaHCO3 + NaOH}\) — щелочная среда.
- \(\ce{NaHCO3 + HCl -> NaCl + CO2 ^ + H2O}\) — «гашение» изжоги.
- \(\ce{Na2SO4*10H2O <=>[32 °C] Na2SO4 + 10H2O}\) — плавление в собственной кристаллизационной воде поглощает теплоту: тепловые аккумуляторы.
Нитраты и хлориды
Чилийская селитра \(\ce{NaNO3}\) — природные залежи в пустыне Атакама; в XIX веке — главный источник связанного азота (удобрения и порох). Войны за селитру (Тихоокеанская война 1879–1884 годов) перекроили карту Южной Америки. Синтез Габера — Боша сделал её ненужной.
Калийная селитра \(\ce{KNO3}\) — окислитель чёрного пороха (урок 115): она негигроскопична, в отличие от натриевой, поэтому порох не отсыревает. Её получали из «селитряниц» (гниющий навоз с известью), позже — обменом: \(\ce{NaNO3 + KCl -> KNO3 + NaCl}\) (конверсионная селитра: при охлаждении выпадает менее растворимый \(\ce{KNO3}\)).
Хлорид калия (сильвин) и карналлит \(\ce{KCl*MgCl2*6H2O}\) — главные калийные руды (Соликамск, Канада, Беларусь); калий — одно из трёх главных удобрений (NPK).
boltКристаллизация по растворимости
Растворимость \(\ce{KNO3}\) сильно растёт с температурой (от 13 г до 246 г на 100 г воды между 0 и 100 °C), а \(\ce{NaCl}\) почти не меняется. Горячий насыщенный раствор смеси при охлаждении выделяет почти чистую селитру — классическая перекристаллизация (урок 1).
scienceНитраты и хлориды
- \(\ce{NaNO3 + KCl -> KNO3 v + NaCl}\) (охлаждение горячего раствора).
- \(\ce{2KNO3 ->[t] 2KNO2 + O2}\).
- \(\ce{2KCl + H2SO4 (конц) -> K2SO4 + 2HCl}\) — бесхлорное калийное удобрение.
push_pinГлавное
Сода \(\ce{Na2CO3}\) по Сольве (1861): \(\ce{NaCl + NH3 + CO2 + H2O -> NaHCO3 v + NH4Cl}\), \(\ce{2NaHCO3 -> Na2CO3 + CO2 + H2O}\), аммиак возвращают из \(\ce{NH4Cl}\) известью; отход — \(\ce{CaCl2}\). Кристаллическая сода \(\ce{Na2CO3*10H2O}\) на воздухе выветривается. Поташ \(\ce{K2CO3}\) — из золы; селитры \(\ce{NaNO3}\) и \(\ce{KNO3}\) — удобрения и окислители (порох); \(\ce{KCl}\) (сильвин) — калийное удобрение; глауберова соль \(\ce{Na2SO4*10H2O}\). Из 2 моль NaCl — 1 моль соды.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.