נתרן גופרתי (NA2SO4): מבנה, תכונות, שימושים, השגה - כִּימִיָה - 2025

נתרן גופרתי הוא מלח אורגניים שיש הנוסחה הכימית Na ₂ SO ₄ . הוא מורכב ממוצק לבן, המופיע בשלוש צורות: מים נטולי מים, הפטרהידראט (שכמעט לא קיים) והדקהידראט (המכונה המלח של גלאובר); האחרון הוא הצורה השופעת ביותר של נתרן סולפט.

נתרן גופרתי דקהידרט, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, התגלה בשנת 1625 על ידי גלובר במי מעיינות, שכינו אותו מלח mirabilis (מלח מופלא) בגלל תכונותיו הרפואיות.

צפה בזכוכית עם דגימה של נתרן גופרתי. מקור: Walkerma דרך Wikipedia.

לסודיום גופרתי יש יישומים רבים בתעשיית הטקסטיל והנייר, כמו גם בייצור הזכוכית. השימושים שלו מורחבים ליישומים תרמיים, הכוללים אספקת חום הסביבה וקירור מחשבים ניידים.

נתרן גופרתי הוא תרכובת של רעילות נמוכה ופעולותיו המזיקות בעיקר מכניות ולא כימיות. מסיבות גבישיות, למלח זה, כמו מקבילו לאשלגן, K ₂ SO ₄ , יש סריג ומבנים פולימורפיים.

מִבְנֶה

מלח נטול מים

יוני נתרן סולפט נטול מים. מקור: קלאודיו פיסטילי

הנוסחה Na ₂ SO ₄ מציינת בבת אחת כי היונים Na ⁺ ו- SO ₄ ^2- נמצאים ביחס 1: 2 בגבישים המלח ; כלומר, עבור כל שני קטיונים של Na ⁺ יש אניון SO ₄ ^2- שמתקשר איתם באמצעות משיכה אלקטרוסטטית (תמונה עליונה).

כמובן שהדבר חל על Na ₂ SO ₄ נטול מים, ללא מולקולות מים המתואמות עם הנתרן בתוך הגבישים.

נתרן גופרתי

למרות היותו מלח פשוט לכאורה, התיאור שלו מורכב מבחינה מבנית. Na ₂ SO ₄ מציג פולימורפיזם, בעל עד חמישה שלבים גבישיים: I, II, III, IV ו- V, שטמפרטורות המעבר שלהם הן 180, 200, 228, 235 ו- 883 ºC, בהתאמה.

למרות שאין אזכורים המאשרים זאת, Na ₂ SO ₄ אני חייב להיות זה עם מבנה גבישי משושה, צפוף יותר בהשוואה ל- Na ₂ SO ₄ III האורתורומומבי , שבגבישיו נוצר Na ⁺ טטרהדרה (NaO ₄ ) וקואורדינציה octahedra (NaO ₆ ); כלומר, זה יכול להיות מוקף על ידי ארבעה או שש SO ₄ ^2- אניונים .

מלח מיובש

בינתיים, המבנה הגבישי המונוקליני של ההידרט החשוב ביותר שלו, Na ₂ SO ₄ · 10H ₂ O, הוא פשוט יותר. בתוכו, מדובר למעשה במולקולות המים המתקיימות אינטראקציה או מתואמות עם Na ⁺ בתוך Na (H ₂ O) ₆ ⁺ אוקטדרה , כאשר ה- SO ₄ ^2- מספק בדיוק יציבות לגביש כך שהוא קיים בשלב המוצק.

עם זאת, נקודת ההיתוך שלה (32.38 מעלות צלזיוס) נמוכה בהרבה מזו של המלח חסר מים (884 מעלות צלזיוס) מראה כיצד מולקולות המים וקשרי המימן שלהם מחלישות את האינטראקציות היוניות החזקות ב- Na ₂ SO ₄ .

נכסים

שמות

-סודיום סולפט (IUPAC)

-מלוח גלאובר (דקהידרט)

-מלח נפלא (דקהידרט)

-דיודיום סולפט.

מסה מולארית

142.04 גרם / מול (מים נטול מים)

322.20 גרם / מול (דקהידרט)

מראה חיצוני

מוצק גבישי לבן היגרוסקופי

רֵיחַ

שֵׁרוּתִים

טַעַם

מריר ומלוח

צְפִיפוּת

2,664 גרם / ס"מ ³ (נטול מים)

1,464 גרם / ס"מ ³ (דקהידרט)

שימו לב כיצד מולקולות המים שבתוך הגבישים גורמות להן להתרחב, ולפיכך להקטין את צפיפותן.

נקודת המסה

884 ºC (ללא מים)

32.38 מעלות צלזיוס (דקהידרט)

נקודת רתיחה

1,429 מעלות צלזיוס (ללא מים)

מסיסות במים

4.76 גרם / 100 מ"ל (0 ºC)

13.9 גרם / 100 מ"ל (20 מעלות צלזיוס)

42.7 גרם / 100 מ"ל (100 מעלות צלזיוס)

כל ערכי המסיסות תואמים את המלח חסר המים, שהוא מסיס למדי במים בכל הטמפרטורות.

המסיסות גדלה בפתאומיות בין 0 מעלות צלזיוס ל 38.34 מעלות צלזיוס, מתוך הבחנה שבתחום טמפרטורה זה המסיסות עולה יותר מעשר פעמים. עם זאת, החל מ 32.38 מעלות צלזיוס המסיסות אינה תלויה בטמפרטורה.

זה קורה שבטמפרטורה של 32.8 מעלות צלזיוס, נתרן-סולפט דקהידרט מתמוסס במים גבישי משלו. כך מושג שיווי משקל בין מלח הדהידרט, המלח המים נטול התמיסה הרוויה של נתרן גופרתי.

כל עוד נשמר המצב התלת-פאזי הטמפרטורה תישאר קבועה, מה שמאפשר לכייל את הטמפרטורה של המדחומים.

מצד שני, המסיסות למלח ההפטרה הן:

19.5 גרם / 100 מ"ל (0 ºC)

44.0 גרם / 100 מ"ל (20 מעלות צלזיוס)

שימו לב שב- 20 מעלות צלזיוס מלח ההפטרה-הידר מסיס פי שלוש מזה של המים-נטול מים.

מדד שבירה

1,468 (נטול מים)

1.394 (decahydrate)

יַצִיבוּת

יציב בתנאי אחסון מומלצים. לא תואם חומצות ובסיסים חזקים, אלומיניום ומגנזיום.

הִתפָּרְקוּת

כאשר הוא מחומם לפירוק הוא פולט עשן רעיל של תחמוצת גופרית ותחמוצת נתרן.

pH

תמיסה מימית של 5% יש pH של 7.

תגובתיות

נתרן גופרתי מתנתק בתמיסה מימית ל- 2 Na ⁺ ו- SO ₄ ^2- , המאפשר ליון הגופרתי להשתלב עם Ba ²⁺ כדי לזרז בריום סולפט. זה עוזר למעשה להעביר יוני בריום מדגימות מים.

נתרן גופרתי מומר לנתרן גופרתי על ידי תגובה בטמפרטורות גבוהות עם פחם:

Na ₂ SO ₄ + 2 C => Na ₂ S + 2 CO ₂

המלח של גלאובר, NaSO ₄ .10H ₂ O מגיב עם אשלגן פחמתי לייצור נתרן קרבונט.

יישומים

תעשיית הנייר

נתרן גופרתי משמש בייצור עיסת נייר. הוא משמש בייצור נייר קראפט, שאינו מכיל ליגנין ואינו נתון לתהליך ההלבנה, מה שמקנה לו עמידות רבה. בנוסף, הוא משמש בייצור קרטון.

חומרי ניקוי

הוא משמש כחומר מילוי לחומרי ניקוי ביתיים סינתטיים, ומתווסף לאבקת כביסה להפחתת מתח הפנים.

משקפיים

הוא משמש לייצור זכוכית כדי להפחית או לחסל את נוכחותן של בועות אוויר קטנות בזכוכית מותכת. בנוסף, זה מבטל את היווצרות הסיגים בתהליך הזיקוק של הזכוכית המותכת.

תעשיית הטקסטיל

נתרן גופרתי משמש כמורדנט, מכיוון שהוא מאפשר את האינטראקציה של צבעים עם סיבי בדים. בדיקת הצבע משמשת נתרן גופרתי דקהידרט.

בנוסף, נתרן סולפט משמש כחומר דילול לצבע וכחומר עזר להדפסת צבע; כגון צבעים ישירים, צבעי גופרית וסוכנים אחרים המקדמים כתמי כותנה. הוא משמש גם כחומר מפגר לצבעי משי ישירים.

תרופה

נתרן גופרתי דקהידרט משמש כחומר משלשל, מכיוון שהוא נספג בצורה לא טובה במעי, ולכן נשאר ב לומן המעי וגורם לעלייה בנפח. זה מגרה את העלייה בהתכווצויות פריסטלטיות הגורמות את גירוש תכולת המעי.

נתרן גופרתי הנו תרופה לשליטה על הרעלת בריום ועופרת מלח. המלח של גלאובר יעיל בהעלמת תרופות מסוימות שנבלעות בצורה מוגזמת; לדוגמא, אקמול (acetoaminophen).

בנוסף, הוא משמש לאספקת אלקטרוליטים חסרים הקיימים בתמיסות איזוזמוטיות.

סוכן ייבוש

נתרן גופרתי, בהיותו מגיב אינרטי, משמש לחיסול מים מתמיסות של תרכובות אורגניות.

חומר גולמי

נתרן גופרתי משמש כחומר גלם לייצור חומרים רבים, ביניהם: נתרן גופרתי, נתרן קרבונט, ואמוניה גופרתי.

להשיג

נתרן גופרתי מתקבל על ידי מיצוי כרייה ועל ידי תגובות כימיות.

מיצוי כרייה

ישנם שלושה עפרות או מינרלים המנוצלים בתשואה מסחרית: דנדרדיט (Na ₂ SO ₄ ), מירביליט (Na ₂ SO ₄ · ₁₀ H ₂ O) וגלובריט (Na ₂ SO ₄ · CaSO ₄ ).

בספרד מנוצלים מרבצי אזרדיט ומירביליט על ידי כרייה תת קרקעית של גלריות ועמודים. בינתיים, הזגוגית מתקבלת בשטח פתוח, באמצעות רפסודות גדולות המונחות על מרבץ המינרלים.

האדמה מוכנה בפיצוץ בעצימות נמוכה לייצור נקבוביות המאפשרת שטיפת נתרן גופרתי. שלב הייצור מתרחש עם השקיה ממטרת מים מתוקים של גלאוברייט, אשר ההדחה מתפשטת כלפי מטה.

מי מלח נתרן סולפט נאספים ומשאירים את שאריות הסידן הגופרתי כמילוי.

ייצור כימי

נתרן גופרתי מתקבל במהלך ייצור חומצה הידרוכלורית על ידי שני תהליכים: תהליך מנהיים ותהליך Hardgreaves.

תהליך מנהיים

זה מתבצע בכבני פלדה גדולים ועם פלטפורמת תגובת פלדה של 6 מ '. התגובה מתרחשת בין נתרן כלוריד וחומצה גופרתית:

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

תהליך קשיחים

זה כרוך בתגובה של נתרן כלוריד, תחמוצת גופרית, חמצן ומים:

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

אחרים

נתרן גופרתי מיוצר בתגובה לנטרול בין נתרן הידרוקסיד וחומצה גופרתית:

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

נתרן גופרתי הוא תוצר לוואי מייצור תרכובות רבות. הוא מופק מהפסולת הנוזלית המוזרמת במהלך ייצור ויסקוזה וצלופן. גם בייצור נתרן דיכרומט, פנולים, חומצה בורית וליתיום קרבמט.

סיכונים

נתרן גופרתי נחשב לתרכובת רעילות נמוכה. עם זאת, זה עלול לגרום נזק מסוים לאדם שמשתמש בו בצורה לא ראויה.

לדוגמא, מגע יכול לגרום לגירוי בעיניים, אדמומיות וכאבים. על העור זה יכול לגרום לגירוי ואלרגיה אצל אנשים מסוימים. בליעתו יכול לגרום לגירוי בדרכי העיכול עם בחילות, הקאות ושלשולים. ולבסוף, שאיפתו מייצרת גירוי בדרכי הנשימה.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). נתרן גופרתי. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). נתרן גופרתי. מאגר PubChem. CID = 24436. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. BN Mehrotra. (1978). מבנה הגביש של Na ₂ SO ₄ III. התאושש מ: rruff-2.geo.arizona.edu
5. גלובריט-דנדרדיט (נתרן סולפט). . התאושש מ: igme.es