Natriumcarbonat

Was ist Natriumcarbonat?

Natriumcarbonat (Natriumkarbonat, englisch sodium carbonate) ist eine chemische Verbindung. Sie setzt sich aus zwei Natrium-Ionen (Na⁺) und einem Carbonat-Ion (CO₃^2-) 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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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 H2O
Dihydrat	kennst du auch unter dem Namen des Minerals Pirssonit	Na2Ca(CO3)2 2 H2O
Pentahydrat	zwei weitere Bezeichnungen: Mineral Gaylussit oder Natrocalcit	Na2Ca(CO3)2 5 H2O
Heptahydrat	bildet sich oberhalb von 32,5°C aus dem Dekahydrat	Na2CO3 7 H2O
Decahydrat	bekannt als Soda / Kristallsoda  kristallisiert unter 32,5°C aus gesättigten Natriumcarbonat-Lösungen	Na2CO3 10 H2O
Hydrogencarbonat	auch bekannt unter dem Namen Trona	Na(HCO3) Na2CO3 2 H2O

Natriumcarbonat Reaktionen

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

Dabei reagiert das Carbonat-Ion (CO₃^2-) basisch und nimmt ein Proton (H⁺) auf:

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

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

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

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 Herstellung

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

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:

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

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:

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