техническое название натриевых солей угольной кислоты H2CO3. Различают С. кальцинированную - Na2CO3 (карбонат натрия, безводный углекислый натрий), питьевую - NaHCO3 (гидрокарбонат натрия, двууглекислый натрий) и кристаллическую - Na2CO3×10 H2O, Na2CO3 ×7H2O, Na2CO3×H2O. Каустической С. в технике и быту называют едкий натр NaOH - натрия гидроокись .
С. была известна с давних времён. Ещё древние египтяне применяли природную С. (из озёрных вод) как моющее средство, а также для варки стекла. До 18 в. карбонаты натрия и калия называли 'алкали', т. е. щёлочью. В 1736 французский учёный А. Л. Дюамель дю Монсо впервые различил эти два вещества: первое стали называть содой (по растению Salsola Soda, из золы которого её добывали), а второе - поташом.
В природе С. встречается в виде минералов: трона Na2CO3× NaHCO3×2H2O, сода (синонимы натрит и натрон) Na2CO3× 10 H2O и термонатрит Na2CO3TН2O. С. кристаллизуется в моноклинной системе, образует белые зернистые или порошковые массы, на воздухе быстро теряет воду. Твердость по минералогической шкале от 2,5 (трона) до 1,5; плотность 2110 (трона) - 1420 (сода) кг / м 3. В СССР современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. Ископаемая С. (трона), имеющая промышленное значение, встречена в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Виргиния, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит [NaAICO3(OH)2], который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США С. природная удовлетворяет более 40% потребности страны в этом полезном ископаемом. В СССР из-за отсутствия крупных месторождений С. не добывается.
Вплоть до начала 19 в. главным источником для добывания С. служила зола некоторых морских водорослей и прибрежных растений.
Безводный Na2CO3 - бесцветный кристаллический порошок; плотность 2,53 г / см 3при 20 |С, tпл 853 |С. Хорошо растворим в воде: 17,7% по массе при 20 |С, 31,3% при 100 |С. Образует кристаллогидраты: моноклинный Na2CO3×10 H2O, устойчивый до 32,017 |С, ромбический Na2CO3×7H2O, переходящий в ромбический Na2CO3×H2O при 35,27 |С. Последний при 112,5 |С и давлении 1,27 am превращается в Na2CO3. Водные растворы Na2CO3 имеют сильную щелочную реакцию вследствие гидролиза .
Первый промышленный способ получения С. изобрёл в 1787-89 Н. Леблан . В 1791 во Франции было начато производство С. по его методу. Он состоял из следующих стадий. Каменную соль NaCl действием концентрированной H2SO4 превращали в сульфат натрия:
2NaCI + H2SO4 Na2SO4 + 2HC1.
Затем смесь Na2SO4 с измельченным известняком и углем нагревали в пламенной печи при температуре около 1000 |С. При этом происходили реакции:
Na2SO4 + 2C Na2S + 2CO2,
Na2S + СаСО3 Na2CO3 + CaS.
Из охлажденного плава С. извлекали водой. Раствор С. отделяли от CaS и выпаривали. Сырую С. очищали перекристаллизацией. Процесс Леблана давал С. в виде декагидрата Na2CO310H2O, содержащего около 62,5% воды. Поэтому полученную С. приходилось для обезвоживания нагревать докрасна (кальцинировать, отсюда кальцинированная С.). Побочными продуктами были HC1 (его сперва выпускали на воздух, а затем стали поглощать водой, получая техническую соляную кислоту )и CaS (который образовывал огромные отвалы).
От этих недостатков был свободен аммиачно-содовый процесс Э. Сольве ,запатентованный им в 1861 (в 1863 в Бельгии был пущен первый завод, получавший С. по Сольве). Способ основан на реакциях, идущих в водных растворах:
2NH3+H2O+CO2(NH4)2CO3,
(NH4)2CO3+H2O+CO22NH4HCO3.
Гидрокарбонат аммония NH4HCO3 реагирует с раствором NaCl:
NaCl + NH4HCO3 NH4CI + NaHCO3.
Осадок NaHCO3 отфильтровывают и нагреванием (около 140-160 |С) переводят в Na2CO3 (кальцинированная С.):
2 NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O.
Освобождающийся CO2 вновь поступает в производство. Для регенерации NH3 маточный раствор, содержащий (NH4)2CO3, NH4HCO3 и NH4CI, нагревают до 80 |С. При этом карбонат и гидрокарбонат аммония разлагаются:
(NH4)2CO32NH3+H2O+ CO2,
NH4HCO3NH3 + HaO + CO2.
Раствор, содержащий NH4CI, нагревают с известковым молоком для выделения аммиака:
2NH4CI + Ca (OH)2 CaCl2 + 2H2O + 2NH3.
Аммиак возвращается в производство. Все реакции идут при невысоких температурах. Единственным отбросом является раствор CaCl2, имеющий некоторое практическое применение (см. Кальция хлорид ). По этому способу получается очень чистая безводная С. Благодаря этим преимуществам способ Сольве вытеснил производство С. по Леблану в конце 19 - начале 20 вв. В России первым предприятием. вырабатывавшим С. по Сольве, был Березниковский завод (1883).
NaHCO3 - белый кристаллический порошок плотностью 2,16-2,22 г / см 3. При нагревании около 50 |С начинает отщепляться 002, а при 100-150 |С полностью разлагается, превращаясь в Na2CO3. Водные растворы NaHCO3 имеют слабощелочную реакцию. Соль впервые описана в 1801 немецким аптекарем Б. Розе. В промышленности NaHCO3 получают, пропуская под давлением CO2 в насыщенный раствор Na2CO3 при 75 |С
Na2CO3 + CO2 + H2O 2 NaHCO3.
С. - один из важнейших продуктов химической промышленности. В больших количествах её используют в стекольном, мыловаренном, бумажном и красильном производствах; она применяется также для умягчения воды паровых котлов. Na2CO3 - исходный продукт для получения NaOH, Na2B4O7, Na2HPO4. NaHCO3 используют в производстве безалкогольных напитков, хлебобулочных и кондитерских изделий. В медицине гидрокарбонат натрия применяют внутрь в таблетках, порошках и растворах для нейтрализации избытка соляной кислоты в желудочном соке (например, при гастритах), наружно - в виде растворов для полосканий горла, а также для промывания кожи при попадании на неё кислот. При некоторых заболеваниях растворы NaHCO3 вводят внутривенно. Входит в состав многих лекарственных средств.
В 1975 в СССР произведено 4,7 млн. т кальцинированной и 2,4 млн. т каустической С.
Лит.: Общая химическая технология, под ред. С. И. Вольфковича, т. 1, М. - Л., 1953, с. 512-54; Беньковский С. В., Круглый С. М., Сокованов С. К., Технология содопродуктов, М, 1972; Шокин И. Н., Крашенинников С. А., Технология соды, М., 1975.