纯碱(Soda Ash),又名苏打、碱灰、碱面或洗涤碱,成分为碳酸钠(Na2CO3),CAS号是497-19-8,分子量为105.99,化学品的纯度多在99.5%以上(质量分数)。纯碱属于盐类,因其水溶液呈碱性而被称为纯碱。常温下,纯碱为白色无气味的粉末或颗粒,有吸水性,露置在空气中可逐渐吸收水分;纯碱的熔点为851℃,沸点为1600℃。纯碱的化学分子式见图1。

图1　纯碱的化学分子式

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什么是CAS号

CAS号(CAS Registry Number或CAS Number,简称CAS Rn或CAS#),又称CAS登录号,是某种物质[化合物、高分子材料、生物序列(Biological Sequences)、混合物或合金]唯一的数字识别号码,是美国化学会下设的组织化学文摘社(Chemical Abstracts Service,CAS)为每一种出现在文献中的物质分配的一个编号,主要是为了避免化学物质有多种名称的麻烦,使数据库的检索更为方便。所以,CAS在生物化学方面便成为物质唯一识别码的代称,即每一种化学物质都拥有自己的“学号”。如今的化学数据库普遍都可以用CAS号检索。

一个CAS号被连字符“-”分为三部分,第一部分有2到7位数字,第二部分有2位数字,第三部分只有1位数字,即校验码。CAS号以升序排列,且没有任何内在含义。校验码的计算方法如下:CAS顺序号(第一、第二部分数字)的最后一位乘以1,最后第二位乘以2,依次类推,然后把所有的乘积相加,再将和除以10,余数就是第三部分的校验码。以水分子来举例:H2O的CAS号的前两部分是7732-18,则其校验码=(8×1+1×2+2×3+3×4+7×5+7×6)mod 10=105 mod 10=5(mod为求余运算符),所以水的CAS号为7732-18-5。

纯碱(碳酸钠)易溶于水和甘油,微溶于无水乙醇,难溶于丙醇。水温在35.4℃时溶解度最大,每100克水中可溶解49.7克碳酸钠。其水溶液呈强碱性(pH=11.6),且有一定的腐蚀性。纯碱稳定性较强,但高温下也可分解生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中会吸收水分及二氧化碳,生成碳酸氢钠(俗称“小苏打”)。

碳酸钠可分别与酸、盐、碱发生化学反应:

与酸可发生复分解反应,例如遇足量盐酸时,生成氯化钠和碳酸,不稳定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水,碳酸钠与其他种类的酸也能发生类似的反应;

与盐也可发生复分解反应,例如某些钙盐、钡盐可与碳酸钠生成沉淀和新的钠盐;

与氢氧化钙、氢氧化钡等碱也可发生复分解反应,生成沉淀和氢氧化钠,工业上会用这种反应制备烧碱(即氢氧化钠),俗称苛化法。

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认识烧碱(氢氧化钠)

烧碱学名氢氧化钠,化学式为NaOH,俗称火碱、苛性钠,是一种具有强腐蚀性的强碱,常温下为白色晶体,易溶于水(溶于水时放热)并形成碱性溶液。另外,烧碱有潮解性,易吸收空气中的水蒸气发生潮解,吸收二氧化碳发生变质。烧碱是国民经济基础性化工原材料,是“三酸两碱”[三酸两碱,即硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、盐酸(HCl)和氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)]中的两碱之一,用途十分广泛,主要用于氧化铝、纸浆、染料、化纤、水处理、冶炼金属、石油精制、棉织品的整理、煤焦油产物的提纯,以及食品加工、木材加工和机械工业、化学工业等方面。

纯的无水氢氧化钠(固碱)为白色半透明、结晶状固体,有块状、片状、棒状、粒状,质脆;极易溶于水,纯液体烧碱为无色透明液体,溶液的溶解度随温度的升高而增大,溶解时能放出大量的热。烧碱水溶液有涩味和滑腻感,呈强碱性,能与酸性物质反应,具备碱的一切通性。

烧碱易溶于乙醇、甘油,但不溶于乙醚、丙酮、液氨,对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用,溶解或浓溶液稀释时会放出热量;与无机酸发生中和反应也能放出大量热,生成相应的盐类;与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢;与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应;能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物;能使油脂发生皂化反应,生成相应的有机酸钠盐和醇,这就是去除织物上油污的原理。

根据氢氧化钠质量分数的不同,烧碱又可分为30%液碱、32%液碱、45%液碱、50%液碱和73%固碱、95%固碱、96%固碱、99%固碱、99.5%固碱等系列产品。固碱从其形状上又可分为桶装固碱、片碱、粒碱。国内固碱市场以片碱为主,主要原因是片碱具有生产工艺简单、生产成本低、使用场景多、市场需求量大等优点。

烧碱是重要的基础化工原料,广泛应用在化学工业、纸浆生产和造纸、印染和化纤、冶金、肥皂和洗涤剂、环保等行业。

在化学工业领域,烧碱是大量化学反应中不可缺少的重要物质,也是生产聚碳酸酯、超级吸收剂聚合物、沸石、环氧树脂、磷酸钠、亚硫酸钠和大量钠盐的重要原材料之一。

在纸浆和造纸工业领域,烧碱作为助剂,可以去除纸浆中的木质素、碳水化合物和树脂等非纤维素,并中和其中的有机酸,制出以纤维素为主要成分的纸浆,提高纸张质量。

在印染和化纤工业领域,烧碱也有广泛应用。在印染工业中,烧碱可作为软水剂,提高印染环节的上色率和均匀度,并提高着色速度。在化纤工业中,烧碱可作为退浆剂,洗除棉纤维中无机盐类杂质,也可作为煮炼剂,去除大部分天然杂质,还可被用作丝光剂,精炼提纯纤维素,改进织物的外观,提高织物的吸湿性。

在冶金工业领域,烧碱可以把矿石中的有效成分转变成可溶性的钠盐,以便除去其中不溶性的杂质。例如,烧碱溶液加温可以溶出铝土矿中的氧化铝,得到铝酸钠溶液。将溶液与残渣(赤泥)分离后,降低温度,加入氢氧化铝作晶种,然后经长时间搅拌,铝酸钠分解析出氢氧化铝,洗净,并在950℃~1200℃温度下煅烧,便得氧化铝成品。又如冶炼钨时,也是首先将精矿和烧碱焙烧成可溶的钨酸钠后,再经酸析、脱水、还原等过程,从而制得粉末状钨。

在日常洗涤工业领域,肥皂、香皂和其他种类的洗涤用品对烧碱的需求比较大。肥皂属于高级脂肪酸的钠盐,一般是用油脂在略为过量的烧碱作用下进行皂化而制得的。烧碱也被用于生产各种洗涤剂、洗衣粉等。

在环保领域,烧碱主要用于水处理过程,用烧碱参与的中和反应可降低水的硬度、调节水的pH值;烧碱可以和废水中的酸性物质发生中和反应生成无害的盐和水,也可通过吸附沉淀消除水中的重金属离子。