Lankide:Joxan Garaialde/Sodio sulfato

Joxan Garaialde/Sodio sulfato
Identifikatzaileak

Sodio sulfatoa (sodio sulfatoa edo sosa sulfatoa izenez ere ezaguna) Na₂SO₄ formula duen konposatu inorganikoa da, baita erlazionatutako hainbat hidratorekin ere. Forma guztiak uretan oso disolbagarriak diren solido zuriak dira. Urteko 6 milioi tonako ekoizpenarekin, dekahidratoa produktu kimiko garrantzitsu bat da. Batez ere, betegarri gisa erabiltzen da etxeko arropa garbigarrien hautsak ekoizteko eta paper-orea egiteko Kraft prozesuan sulfuro oso alkalinoak egiteko.

Formak

• Sodio sulfato anhidroa —tenardita bezala ezagutzen eta oso arraroa dena—, sintesi organikoan, lehortzeko agente gisa erabiltzen da.
• Sodio sulfato heptahidratoa, oso forma arraroa.
• Sodio sulfato dekahidratoa, mirabilita minerala bezala ezagutzen dena, industria kimikoak oso erabilia. Glauber-en gatza bezala ere ezagutzen da.

Historia

Sodio sulfatoaren dekahidratoa Glauberren gatza izenez ezagutzen da Johann Rudolf Glauber (1604–1670) kimikari eta botikari herbeheretar/alemaniarrari esker, 1625ean, Austriako iturriko uretan aurkitu baitzuen. Sal mirabillis izena jarri zion (gatz miragarria) bere propietate sendagarriak direla eta; kristalak erabilera orokorreko laxante gisa erabiltzen ziren, 1900ean, alternatiba sofistikatuagoak sortu ziren arte.

XVIII. mendean, Glauberren gatza soda-errautsa (sodio karbonato) Na2CO3 ekoizteko —potasarekiko (potasio karbonato) erreakzioz— lehengai gisa erabiltzen hasi ziren. Sosa errautsen eskaria handitu egin zen, eta sodio sulfatoaren hornikuntzak gora egin behar izan zuen. Hori dela eta, XIX. mendean, sosa-errautsak ekoizteko metodo nagusia bihurtu zen eskala handiko Leblanc prozesua, sodio sulfato sintetikoa ekoizteko bitarteko nagusi gisa.

Propietate kimikoak

Sodio sulfatoa elektrostatikoki loturiko sulfato ioniko tipikoa da. Disoluzioan, sulfato ioi askeen existentzia sulfato disolbaezinak erraz sortzea adierazten du disoluzio horiek Ba²⁺ edo Pb²⁺ gatzekin tratatzen direnean:

Na₂ SO₄ + BaCl₂ → 2 NaCl + BaSO₄

Sodio sulfatoa ez da erreaktiboa agente oxidatzaile edo erreduktore gehienekiko. Tenperatura altuetan, sodio sulfuro bihur daiteke erredukzio karbotermikoaren bidez (sulfato termokimikoen erredukzioa (TSR), tenperatura altuko berokuntza ikatz bidez, etab.):

Na₂SO₄ + 2 C → Na₂S + 2 CO₂

Erreakzio hori Leblanc prozesuan erabili zen, sodio karbonatorako desagertutako bide industrial batean.

Sodio sulfatoak azido sulfurikoarekin erreakzionatzen du azido gatz sodio bisulfatoa emateko:

Na₂SO₄ + H₂SO₄ ⇌ 2 NaHSO₄

Sodio sulfatoak gatz bikoitzak sortzeko joera moderatua erakusten du. Metal tribalente arruntekin eratutako alun bakarrak NaAl(SO<sub id="mwbg">4</sub>)<sub id="mwbw">2</sub> dira (ezegonkorra 39 °C-tik gora) eta NaCr(SO₄)₂, alun egonkor asko osatzen dituzten potasio sulfatoaren eta amonio sulfatoaren aldean. Beste metal alkaliko sulfato batzuekin, gatz bikoitzak ezagutzen dira, besteak beste, Na₂SO₄·3K₂SO₄, naturalki aftitalita mineral gisa gertatzen dena. Sodio sulfatoa, potasio kloruroarekin erreakzioan, glaserita sortzeko erabili da potasio sulfato —ongarri gisa— ekoizteko metodo baten oinarri gisa. Beste gatz bikoitz batzuk dira: 3Na₂SO₄·CaSO₄, 3Na₂SO₄·MgSO₄ (vanthoffita) eta NaF·Na₂SO₄.

Propietate fisikoak

Sodio sulfatoak ezohiko disolbagarritasun-ezaugarriak ditu uretan. Bere disolbagarritasuna uretan hamar aldiz baino gehiago igotzen da 0 °C eta 32,384 °C artean, non, gehienez, 49,7 g/100 mL-ko iristen den. Une horretan, disolbagarritasun-kurbak malda aldatzen du, eta disolbagarritasuna ia independente bihurtzen da tenperaturatik. 32,384 °C-ko tenperatura hori —kristal uraren askapenari eta gatz hidratatuaren urtzeari dagozkionak— tenperatura-erreferentzia zehatz gisa balio du termometroa kalibratzeko.

Na₂SO₄ uretan disolbagarritasunaren tenperaturaren menpekotasuna

Egitura

Dekahidratoaren kristalak [Na(OH₂)₆]⁺ ioiez osatuta daude, geometria molekular oktaedrikoa dutenak. Oktaedro horiek ertzak partekatzen dituzte; 10 ur-molekulatik 8 sodiora lotzen dira, eta beste 2 interstizialak dira, hidrogeno-lotura sulfatoarekin. Katioi horiek sulfato anioiekin lotzen dira hidrogeno loturen bidez. Na–O distantziak 240 pm ingurukoak dira. Sodio sulfato kristalino dekahidratoa ere ezohikoa da gatz hidratatuen artean, hondar-entropia neurgarria (entropia zero absolutuan) 6,32koa J/(K·mol) izatean. Hori, hidrato gehienekin alderatuta, ura askoz azkarrago banatzeko duen gaitasunari dagokio.

Ekoizpena

Sodio sulfatoaren munduko ekoizpena, dekahidrato moduan soilik ia, gutxi gorabehera 5,5 eta 6 milioi tona urteko (Mt/u) artekoa da. 1985ean, ekoizpena 4,5 Mt/u-koa zen: erdia iturri naturaletatik eta erdia ekoizpen kimikotik. 2000. urtetik aurrera, maila egonkorrean 2006ra arte, ekoizpen naturala 4 Mt/u-ra igo zen, eta ekoizpen kimikoa 1,5 eta 2 Mt/u artekora jaitsi zen, guztira 5,5 eta 6 Mt/u artekora. Aplikazio guztietarako, modu naturalean ekoitzitako eta kimikoki sortutako sodio sulfatoa ia trukagarriak dira.

Iturri naturalak

Munduan dekahidratoaren (Glauberren gatza) ekoizpenaren bi herenak mirabilita forma mineral naturalekoak dira, adibidez, Saskatchewan hegoaldeko aintziretan aurkitzen den bezalakoa. 1990ean, Mexiko eta Espainia izan ziren munduko sodio sulfato naturalaren ekoizle nagusiak (500.000 tona inguru, bakoitzak), Errusia, Estatu Batuak eta Kanada 350.000 tona inguru bakoitzak. Baliabide naturalak 1.000 milioi tona baino gehiagokoak direla kalkulatzen da.

2006an, 200.000 eta 1.500.000 tona/urteko ekoizle nagusiak izan ziren: Searles Valley Minerals (Kalifornia, AEB), Airborne Industrial Minerals (Saskatchewan, Kanada), Química del Rey (Coahuila, Mexiko), Minera de Santa Marta eta Criaderos Minerales Y Derivados, Grupo Crimidesa (Burgos, Espainia), Minera de Santa Marta (Toledo, Espainia), Sulquisa (Madril, Espainia), Chengdu Sanlian Tianquan Chemical (Tianquan konderria, Sichuan, Txina), Hongze Yinzhu Chemical Group (Hongze barrutia, Jiangsu, Txina), Nafine Chemical Industry Group (Shanxi, Txina), Sichuan probintzia Chuanmei Mirabilite (万胜镇, Dongpo Barrutia, Meishan, Sichuan, Txina) eta Kuchuksulphat JSC (Altai Krai, Siberia, Errusia).

Sodio sulfato anhidroa ingurune idorretan gertatzen da tenardita mineral gisa. Poliki-poliki, mirabilita bihurtzen da aire hezean. Sodio sulfatoa glauberita —kaltzio sodio sulfato minerala— gisa ere aurkitzen da. Bi mineral horiek ez dira mirabilita bezain arruntak. 

Industria kimikoa

Munduko sodio sulfatoaren heren inguru, industria kimikoko beste prozesu batzuen azpiproduktu gisa ekoizten da. Ekoizpen horren gehiengoa, kimikoki, lehen mailako prozesuari dagokio, eta, gutxiago, ekonomikoari. Industriaren ahaleginaren ondorioz, sodio sulfatoaren ekoizpena, azpiproduktu gisa, gutxitzen ari da.

Sodio sulfatoaren ekoizpen kimiko garrantzitsuena azido klorhidrikoaren ekoizpenean gertatzen da, dela sodio klorurotik (gatza) edo azido sulfurikotik Mannheim prozesuan, edo sufre dioxidotik Hargreaves prozesuan. Prozesu horietatik sortzen den sodio sulfatoari gatz pastela deritzo .

Mannheim: 2 NaCl + H₂SO₄ → 2 HCl + Na₂SO₄

Hargreaves: 4 NaCl + 2SO₂ + O₂ + 2H₂O → 4 HCl + 2 Na₂SO₄

Sodio sulfatoaren bigarren ekoizpen nagusia, azido sulfurikoaren bidez, soberan dagoen sodio hidroxidoa neutralizatzen den prozesuak dira, rayona ekoizteko eskala handian aplikatzen den moduan. Metodo hori aldizka ere aplikatzen da, eta laborategiko prestaketa erosoa da.

2 NaOH(aq) + H₂SO₄(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O (l) ΔH = -112,5 kJ (oso exotermikoa)

Laborategian, sodio bikarbonatoaren eta magnesio sulfatoaren arteko erreakziotik ere sintetiza daiteke.

2 NaHCO₃ + MgSO₄ → Na₂SO₄ + Mg(OH)₂ + 2 CO₂

Hala ere, iturri komertzialak erraz daudenez eskuragarri, laborategiko sintesia ez da askotan praktikatzen. Antzina, sodio sulfatoa sodio dikromatoaren ekoizpenaren azpiproduktu bat ere izan zen, non azido sulfurikoa sodio kromatoko disoluzioari gehitzen zaion sodio dikromatoa edo, ondoren, azido kromikoa eratzeko. Bestela, sodio sulfatoa eratzen da: litio karbonatoa, agente kelatzaileak, erresorzinola, azido askorbikoa, silize pigmentuak, azido nitrikoa eta fenolaren ekoizpenean.

Sodio sulfatoa dekahidrato formaren bidez purifikatzen da, normalean, forma anhidroak burdin konposatuak eta konposatu organikoak erakartzeko joera baitu. Forma anhidroa forma hidratatutik erraz sortzen da berotze leunaren bidez.

2006an, ekoitzitako 50-80 Mt/u-ko sodio sulfatoaren azpiproduktu nagusien artean, honako hauek dira: Elementis Chromium (kromoaren industria, Castle Hayne, NC, AEB), Lenzing AG (200 Mt/u, rayon industria, Lenzing, Austria), Addiseo (lehen. Rhodia, metioninaren industria, Les Roches-Roussillon, Frantzia), Elementis (kromoaren industria, Stockton-on-Tees, Erresuma Batua), Shikoku Chemicals (Tokushima, Japonia) eta Visko-R (irion industria, Errusia).

Aplikazioak

Likido organiko bat lehortzeko erabiltzen den sodio sulfatoa. Hemen multzoak sortzen dira, likido organikoan ura dagoela adierazten dutenak.

Sodio sulfatoa gehiago aplikatuz, likidoa lehortzera eraman daiteke, hemen pilaketarik ez dagoela adierazita.

Salgaien industriak

1970ean, AEBko prezioak ziren:30 $ tonako, 90 $ tonako gatz pastelaren kalitaterako eta 130 $ maila hobeagoetarako. Sodio sulfatoa oso material merkea da. Erabilera handiena etxeko arropa garbigarri hautsetan da, betegarri gisa, Munduko ekoizpenaren % 50, gutxi gorabehera. Erabilera hori murrizten ari da, etxeetako kontsumitzaileak gero eta gehiago aldatzen ari baitira sodio sulfatorik ez duten garbigarri trinko edo likidoetara.

Lehenago, sodio sulfatoaren beste erabilera garrantzitsu bat —batez ere AEBn eta Kanadan— egur-orea fabrikatzeko, Kraft prozesuan dago. Prozesu horretako «likore beltzean» dauden organikoak beroa ekoizteko erretzen dira, sodio sulfatoa sodio sulfurora murrizteko beharrezkoak direnak. Dena den, 1960ko hamarkadaren hasieran, Kraften berreskuratze-prozesuaren eraginkortasun termikoaren aurrerapenen ondorioz, sufrearen berreskuratze eraginkorragoa lortu zen, eta sodio sulfatoaren makillajearen beharra izugarri murriztu zen. Hori dela eta, AEBko eta Kanadako pasta-industrian, sodio sulfatoaren erabilera jaitsi egin zen 1970. urteko 1.400.000 tonatik 150.000 tonara, gutxi gorabehera, 2006an.

Beira-industriak beste aplikazio garrantzitsu bat eskaintzen du sodio sulfatoarentzat, Europako bigarren aplikazio handiena baita. Sodio sulfatoa fintzeko agente gisa erabiltzen da, urtutako beirari aire-burbuila txikiak kentzen laguntzeko. Beira urtu egiten da, eta, fintzean, beira-urtuaren bitsa sortzea saihesten du. Europan, beira-industriak, urtero modu jarraituan, 110.000 tona kontsumitu ditu 1970etik 2006ra.

Sodio sulfatoa garrantzitsua da ehungintzan, Japonian batez ere, non aplikaziorik handiena baita. Sodio sulfatoa disoluzioaren indar ionikoa handitzeko gehitzen da, eta, beraz, «berdintzen» laguntzen du ehun-zuntzetan karga elektriko negatiboak murrizten, koloratzaileak uniformeki barneratu daitezen (ikus Gouy-k eta Chapman-ek landutako geruza bikoitzaren difusioaren (DDL) teoria). Sodio kloruro alternatiboak ez bezala, ez ditu tindaketan erabiltzen diren altzairu herdoilgaitzezko ontziak herdoiltzen. Japoniako eta AEBko aplikazio horrek, 2006an, 100.000 tona inguru kontsumitu zituen.

Elikagaien industria

Sodio sulfatoa elikagaien koloreetarako diluitzaile gisa erabiltzen da. E zenbakia E514 gehigarri gisa ezagutzen da.

Biltegiratze termikoa

Bero biltegiratzeko ahalmen handia solidotik likidora aldatze fasean eta 32 °C (90 °F)ko fase-aldaketaren tenperatura abantailatsua bereziki egokia egiten du material hori gradu baxuko eguzki-beroa gordetzeko eta gero espazioa berotzeko aplikazioetan askatzeko. Aplikazio batzuetan, materiala teila termikoetan sartzen da, eta, beste aplikazio batzuetan, gatza eguzki-plakaz berotutako urez inguratutako zeluletan sartzen da. Fase-aldaketak, bero-biltegiratze eraginkorra izateko, beharrezkoa den materialaren masa nabarmen murriztea ahalbidetzen du (sodio sulfato dekahidratoaren fusio-beroa 82 kJ/mol edo 252 kJ/kg da), tenperaturaren koherentziaren abantaila gehiagorekin, fase egokian material nahikoa eskuragarri dagoen bitartean.

Hozteko aplikazioetarako, sodio kloruro gatz arruntarekin (NaCl) nahasketa batek urtze-puntua 18 °C-ra (64 °F) jaisten du. NaCl·Na₂SO₄·10H₂O-ren fusio-beroa apur bat handitu da, 286 kJ/kg-raino.

Eskala txikiko aplikazioak

Laborategian, sodio sulfato anhidroa oso erabilia da, lehortzeko agente geldo gisa, disoluzio organikoetatik ur arrastoak kentzeko. Magnesio sulfato antzeko agentea baino eraginkorragoa da, baina motelagoa. 30 °C-tik behera baino ez da eraginkorra, baina material ezberdinekin erabil daiteke, kimikoki nahiko geldoa baita. Disoluzioari, sodio sulfatoa gehitzen zaio kristalak elkarri lotzen ez diren arte; bi bideoklipek (ikus goian) kristalak bustita daudenean nola biltzen diren erakusten dute, baina kristal batzuk aske isurtzen dira lagin bat lehortzen denean.

Glauberren gatza, dekahidratoa, laxante gisa erabiltzen da. Eraginkorra da paracetamol (acetaminophen) bezalako sendagai batzuk gorputzetik kentzeko, adibidez, gaindosi baten ondoren.

1953an, sodio sulfatoa eguzki-berogailu pasiboko sistemak beroa biltegiratzeko proposatu zen. Horrek bere disolbagarritasun propietate ezohikoak eta kristalizazio bero handia aprobetxatzen ditu (78.2 kJ/mol).

Sodio sulfatoaren beste erabilera batzuk dira: leihoak desizoztea, almidoia ekoiztea, alfonbra girotzaileetan gehigarri gisa eta ganaduaren pentsurako gehigarri gisa.

Gutxienez konpainia batek, Thermaltake-k, Ordenagailu eramangarri bat (iXoft Notebook Cooler) hozteko esterilla bat egiten du, sodio sulfato dekahidratoa erabiliz, plastikozko kusinetxo baten barruan. Materiala, poliki-poliki, likido bihurtzen da, eta birzirkulatzen du ordenagailu eramangarriaren tenperatura berdinduz eta isolamendu gisa jokatuz.

Segurtasuna

Sodio sulfatoa, oro har, ez-toxikotzat hartzen den arren, kontu handiz maneiatu behar da. Hautsak aldi baterako asma edo begietako narritadura eragin dezake; arrisku hori begi-babesak eta paperezko maskara erabiliz saihestu daiteke. Garraioa ez da mugatua, eta ez da arrisku esaldirik edo segurtasun esaldirik aplikatzen.

Kanpo estekak

• Kalkulagailuak: gainazaleko tentsioak, eta ur sodio sulfatoaren dentsitateak, molaritateak eta molalitateak