Organische Chemie
Organische Stoffgruppen III
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Wasserfreies Natriumcarbonat nennst du auch reines Soda. Hier%und im Video lernst du die Eigenschaften und Verwendung der Verbindung kennen.

Was ist Natriumcarbonat?

Natriumcarbonat (Natriumkarbonat, englisch sodium carbonate) ist eine chemische Verbindung. Sie setzt sich aus zwei Natrium-Ionen (Na+) und einem Carbonat-Ion (CO32-) zusammen. Daher lautet die Natriumcarbonat-Formel Na2CO3. Daran erkennst du auch, dass es sich dabei um ein Salz der Kohlensäure (H2CO3) handelt. Die Strukturformel sieht folgendermaßen aus:

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Natriumcarbonat Strukturformel

%<img class="alignnone size-medium wp-image-196119" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/08/Natriumkarbonat-Strukturformel-300x74.png" alt="" width="300" height="74"> %Beschriftung: Natriumcarbonat Strukturformel %Alt.Text: Soda Natriumcarbonat, Was ist Natriumcarbonat, Na2CO3, sodium carbonate, Natriumkarbonat, kalzinierte Soda, Waschsoda, Soda Chemie

Liegt die Verbindung wasserfrei vor, kannst du das weiße Pulver auch kalziniertes Soda oder Waschsoda nennen. 

Wie dir die Namen vielleicht schon verrät, wird Natriumcarbonat als Reinigungs– oder Bleichmittel verwendet. Aber auch in der Glasindustrie oder als Lebensmittelzusatzstoff wird Soda häufig für Glasschmelzen eingesetzt.

Natriumcarbonat Eigenschaften

Im Folgenden findest du einige physikalische und chemische Eigenschaften der Verbindung:

  • Molare Masse: Die molare Masse von Na2CO3  beträgt 105,99 g/mol.
  • Dichte : Die Verbindung hat eine Dichte von 3,58 g/cm3.
  • pH-Wert : Der pH-Wert beträgt 11,5 (bei 50 g Natriumcarbonat in Wasser).
  • Schmelzpunkt: Bei 854°C schmilzt Na2CO3.
  • Siedepunkt: Natriumcarbonat zersetzt sich bei 1600°C.
  • Aussehen: Es handelt sich um ein weißes Pulver.
  • Löslichkeit: Es ist gut in Wasser löslich.
  • Vorkommen:  Du findest Natriumcarbonat in den Sodaseen von Ägypten, Ostafrika, Kalifornien und Mexiko. In Form von Trona (seltenes Mineral) kommt es ebenfalls in Mexiko und Ostafrika vor. Aber auch in Wyoming (USA) und der südlichen Sahara kannst du die Verbindung entdecken.
  • Wissenswertes: Eine Sodalösung perlt beim Ansäuern Kohlenstoffdioxid (CO2) aus. Das kannst du dann in Wasser einleiten, um Sodawasser zu erhalten. 

Modifikationen

Von Natriumcarbonat sind unterschiedliche Formen bekannt. Das liegt daran, dass die Verbindung je nach Druck und Temperatur eine andere Struktur annimmt — also polyamorph ist. Die entstandenen Modifikationen können dann wasserfrei sein oder Kristallwasser enthalten (Hydrate). Wir haben dir einige Beispiele aufgelistet:

Modifikation Beschreibung Formel
Wasserfrei
  • bekannt als Mineral Natrit
  • weitere Bezeichnung: calciniertes Soda
  • weiße Substanz
  • bildet sich bei Temperaturen > 107°C
Na2CO3
Monohydrat
  • bekannt als Mineral Thermonatrit
  • entsteht aus Heptahydrat bei Temperaturen > 35,4°C
Na2CO3 \cdot H2O
Dihydrat
  • kennst du auch unter dem Namen des Minerals Pirssonit
Na2Ca(CO3)2 \cdot 2 H2O
Pentahydrat
  • zwei weitere Bezeichnungen: Mineral Gaylussit oder Natrocalcit
Na2Ca(CO3)2 \cdot 5 H2O
Heptahydrat
  • bildet sich oberhalb von 32,5°C aus dem Dekahydrat
Na2CO3 \cdot 7 H2O
Decahydrat
  • bekannt als Soda / Kristallsoda 
  • kristallisiert unter 32,5°C aus gesättigten Natriumcarbonat-Lösungen
Na2CO3 \cdot 10 H2O
Hydrogencarbonat
  • auch bekannt unter dem Namen Trona
Na(HCO3) \cdot Na2CO3 \cdot 2 H2O

Natriumcarbonat Reaktionen

Reines Soda ist wasserfrei. Mischst du es jedoch mit H2O, entsteht unter Wärmeentwicklung eine basische Lösung:

    \[\ce{Na2CO3 + H2O -> NaHCO3 + NaOH}\]

Dabei reagiert das Carbonat-Ion (CO32-) basisch und nimmt ein Proton (H+) auf:

    \[\ce{CO3^2- + H2O -> HCO3- + OH-}\]

Lässt du Natriumcarbonat mit einer Säure wie Salzsäure (HCl) reagieren, bilden sich die entsprechenden Salze der Säure. In dem Fall also Natriumchlorid (NaCl):

    \[\ce{Na2CO3 + 2 HCl -> 2 NaCl + H2O + CO2}\]

Außerdem entwickelt sich das Gas Kohlenstoffdioxid (CO2), was du an einem Blubbern erkennen kannst.

Na2CO3 + HCl, Soda Natriumcarbonat, Was ist Natriumcarbonat, Na2CO3, sodium carbonate, Natriumkarbonat, kalzinierte Soda, Waschsoda
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Natriumcarbonat mit Salzsäure

%<img class="alignnone size-medium wp-image-196098" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/08/Natriumcarbonat-HCl-300x219.png" alt="" width="300" height="219"> %Beschriftung: Natriumcarbonat mit Salzsäure %Alt.Text: Na2CO3 + HCl, Soda Natriumcarbonat, Was ist Natriumcarbonat, Na2CO3, sodium carbonate, Natriumkarbonat, kalzinierte Soda, Waschsoda %@animation: wenn möglich so in der Art darstellen, wichtig ist, dass man das Aufschäumen erkennt

Auch mit Schwefelsäure (H2SO4) wird ein Salz gebildet. Du nennst es Natriumsulfat (Na2SO4): 

    \[\ce{Na2CO3 + H2SO4 -> Na2SO4 + H2O + CO2}\]

Natriumcarbonat Verwendung

Das weiße Pulver ist schon seit sehr langer Zeit in Gebrauch der Menschen. Bereits die Ägypter setzten es früh zum Mumifizieren ein. Heutzutage wird Na2CO3 vielseitig in der Industrie verwendet.

Dazu haben wir einige Beispiele für dich:

  • Glasindustrie: Hier wird das kalzinierte Soda am häufigsten genutzt. Es dient als Rohstoff bei der Glasschmelze. Das Soda verhindert nämlich das Auskristallisieren der erstarrenden Schmelze, wodurch das Glas unregelmäßige Strukturen beibehält — es bleibt also amorph. So fungiert wasserfreies Natriumcarbonat also als Flussmittel und bestimmt die Fließfähigkeit der Glasschmelze.
  • Eisenhüttenindustrie: Auch hier wird Soda als Flussmittel eingesetzt. Aber auch zur Entschwefelung von Roheisen oder Gusseisen.
  • Waschmittel- und Seifenindustrie: Mit Soda kannst du Grobwaschmittel und andere Reinigungsmittel herstellen. Außerdem können mit der wasserfreien Verbindung Fette verseift werden. Dadurch entsteht dann beispielsweise eine Kernseife.
  • Papierindustrie: Dort wird auch das wasserfreie Natriumcarbonat, also Soda, verwendet. Und zwar zum Reinigen, Bleichen und Aufarbeiten von Altpapier.
  • Synthesestoff: Mithilfe von Na2CO3 können verschiedenste Stoffe hergestellt werden. Dazu kannst du Bleichmittel, Farben, Füllstoffe, Industriereiniger oder Klebstoffe zählen. Aber auch andere chemische Verbindungen wie Natriumchromat (Na2CrO4), Natriumdichromat (Na2Cr2O7) oder Pentanatriumtriphosphat (Na5P3O10) kannst du mit Natriumcarbonat produzieren.
  • Weitere Anwendungen: Das weiße Pulver findet noch in vielen weiteren Bereichen Verwendung. Wir haben dir noch ein paar Beispiele aufgelistet: 
    • Lederindustrie
    • Wasserreinigung
    • Textilindustrie
    • Rauchgasentschwefelung
    • Keramikindustrie
    • Entgiftung von Nervenkampfstoffen (Neurotoxine)
    • pH-Wert Anhebung von Trinkwasser und in Schwimmbädern 
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Natriumcarbonat Verwendung Beispiele

%@animation: bitte hier wieder ein Verwendungsbild; Vorschlag: Glas (vllt von nem Fenster oder so), Waschmittelpackung + Seife, Papier, Kleber %Beschriftung: Natriumcarbonat Verwendung Beispiele %Alt.Text: Soda Natriumcarbonat, Was ist Natriumcarbonat, Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, sodium carbonate, washing soda, Soda Anwendungsmöglichkeiten, Was ist Soda, Natriumkarbonat, kalzinierte Soda, Waschsoda, Soda Chemie

Natriumcarbonat Herstellung

Im Labor kannst du das weiße Pulver herstellen, indem du das Gas Kohlenstoffdioxid (CO2) in Natronlauge (NaOH) einleitest:

    \[\ce{2 NaOH + CO2 + H2O -> Na2CO3 + 2 H2O}\]

Solvay-Verfahren

In der chemischen Industrie werden aber größere Mengen Natriumcarbonat benötigt. Deshalb wird hier heutzutage hauptsächlich das Solvay-Verfahren angewandt. Das heißt, Na2CO3 wird hier im Wesentlichen aus Natriumchlorid (NaCl) und Ammoniak (NH3) gewonnen (Sodaherstellung). 

Dabei wird in einem ersten Schritt Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) in eine gesättigte NaCl-Lösung eingeleitet:

    \[\ce{2 NaCl +2 CO2 + 2 NH3 + 2 H2O -> 2 NaHCO3 + 2 NH4Cl}\]

Bei dem Schritt entsteht Ammoniumchlorid (NH4Cl) und Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3). Letzteres wird in einem Ofen erhitzt, sodass schließlich Natriumcarbonat entsteht:

    \[\ce{2 NaHCO3 -> Na2CO3 + H2O + CO2}\]

Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Kreisprozess. Das bedeutet, dass das der Ammoniak und das Kohlenstoffdioxid in den Prozess zurückgeführt werden. Deshalb ist das Verfahren sehr wirtschaftlich und hat das frühere Leblanc-Verfahren mittlerweile weitestgehend abgelöst.

Leblanc-Verfahren

Eine weitere Möglichkeit, die Verbindung in der Industrie zu synthetisieren, ist über das Leblanc-Verfahren. Das bedeutet, dass das Natriumchlorid (NaCl) zunächst mit heißer Schwefelsäure (H2SO4) reagiert:

    \[\ce{2 NaCl + H2SO4 -> 2 HCl + Na2SO4}\]

Anschließend wird das gebildete Natriumsulfat (Na2SO4) mit Kalk (CaCO3) und Kohlenstoff (C) versetzt. Dadurch erhältst du schließlich Natriumcarbonat:

    \[\ce{Na2SO4 + CaCO3 + 2 C -> Na2CO3 + CaS + 2 CO2}\]

%Natriumchlorid ist also nahezu unerlässlich, um Natriumcarbonat in der Industrie herzustellen. Aber auch dein Körper kann nicht darauf verzichten. Welches Synonym hinter Natriumchlorid steckt und warum du es jeden Tag zu dir nimmst, erfährst du im nächsten Video! %Thumbnail Natriumchlorid

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