純堿(Soda Ash),又名蘇打、堿灰、堿面或洗滌堿,成分為碳酸鈉(Na2CO3),CAS號是497-19-8,分子量為105.99,化學(xué)品的純度多在99.5%以上(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。純堿屬于鹽類,因其水溶液呈堿性而被稱為純堿。常溫下,純堿為白色無氣味的粉末或顆粒,有吸水性,露置在空氣中可逐漸吸收水分;純堿的熔點為851℃,沸點為1600℃。純堿的化學(xué)分子式見圖1。

圖1　純堿的化學(xué)分子式

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什么是CAS號

CAS號(CAS Registry Number或CAS Number,簡稱CAS Rn或CAS#),又稱CAS登錄號,是某種物質(zhì)[化合物、高分子材料、生物序列(Biological Sequences)、混合物或合金]唯一的數(shù)字識別號碼,是美國化學(xué)會下設(shè)的組織化學(xué)文摘社(Chemical Abstracts Service,CAS)為每一種出現(xiàn)在文獻(xiàn)中的物質(zhì)分配的一個編號,主要是為了避免化學(xué)物質(zhì)有多種名稱的麻煩,使數(shù)據(jù)庫的檢索更為方便。所以,CAS在生物化學(xué)方面便成為物質(zhì)唯一識別碼的代稱,即每一種化學(xué)物質(zhì)都擁有自己的“學(xué)號”。如今的化學(xué)數(shù)據(jù)庫普遍都可以用CAS號檢索。

一個CAS號被連字符“-”分為三部分,第一部分有2到7位數(shù)字,第二部分有2位數(shù)字,第三部分只有1位數(shù)字,即校驗碼。CAS號以升序排列,且沒有任何內(nèi)在含義。校驗碼的計算方法如下:CAS順序號(第一、第二部分?jǐn)?shù)字)的最后一位乘以1,最后第二位乘以2,依次類推,然后把所有的乘積相加,再將和除以10,余數(shù)就是第三部分的校驗碼。以水分子來舉例:H2O的CAS號的前兩部分是7732-18,則其校驗碼=(8×1+1×2+2×3+3×4+7×5+7×6)mod 10=105 mod 10=5(mod為求余運算符),所以水的CAS號為7732-18-5。

純堿(碳酸鈉)易溶于水和甘油,微溶于無水乙醇,難溶于丙醇。水溫在35.4℃時溶解度最大,每100克水中可溶解49.7克碳酸鈉。其水溶液呈強堿性(pH=11.6),且有一定的腐蝕性。純堿穩(wěn)定性較強,但高溫下也可分解生成氧化鈉和二氧化碳。長期暴露在空氣中會吸收水分及二氧化碳,生成碳酸氫鈉(俗稱“小蘇打”)。

碳酸鈉可分別與酸、鹽、堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng):

與酸可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng),例如遇足量鹽酸時,生成氯化鈉和碳酸,不穩(wěn)定的碳酸立刻分解成二氧化碳和水,碳酸鈉與其他種類的酸也能發(fā)生類似的反應(yīng);

與鹽也可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng),例如某些鈣鹽、鋇鹽可與碳酸鈉生成沉淀和新的鈉鹽;

與氫氧化鈣、氫氧化鋇等堿也可發(fā)生復(fù)分解反應(yīng),生成沉淀和氫氧化鈉,工業(yè)上會用這種反應(yīng)制備燒堿(即氫氧化鈉),俗稱苛化法。

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認(rèn)識燒堿(氫氧化鈉)

燒堿學(xué)名氫氧化鈉,化學(xué)式為NaOH,俗稱火堿、苛性鈉,是一種具有強腐蝕性的強堿,常溫下為白色晶體,易溶于水(溶于水時放熱)并形成堿性溶液。另外,燒堿有潮解性,易吸收空氣中的水蒸氣發(fā)生潮解,吸收二氧化碳發(fā)生變質(zhì)。燒堿是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)性化工原材料,是“三酸兩堿”[三酸兩堿,即硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、鹽酸(HCl)和氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鈉(Na2CO3)]中的兩堿之一,用途十分廣泛,主要用于氧化鋁、紙漿、染料、化纖、水處理、冶煉金屬、石油精制、棉織品的整理、煤焦油產(chǎn)物的提純,以及食品加工、木材加工和機械工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等方面。

純的無水氫氧化鈉(固堿)為白色半透明、結(jié)晶狀固體,有塊狀、片狀、棒狀、粒狀,質(zhì)脆;極易溶于水,純液體燒堿為無色透明液體,溶液的溶解度隨溫度的升高而增大,溶解時能放出大量的熱。燒堿水溶液有澀味和滑膩感,呈強堿性,能與酸性物質(zhì)反應(yīng),具備堿的一切通性。

燒堿易溶于乙醇、甘油,但不溶于乙醚、丙酮、液氨,對纖維、皮膚、玻璃、陶瓷等有腐蝕作用,溶解或濃溶液稀釋時會放出熱量;與無機酸發(fā)生中和反應(yīng)也能放出大量熱,生成相應(yīng)的鹽類;與金屬鋁和鋅、非金屬硼和硅等反應(yīng)放出氫;與氯、溴、碘等鹵素發(fā)生歧化反應(yīng);能從水溶液中沉淀金屬離子成為氫氧化物;能使油脂發(fā)生皂化反應(yīng),生成相應(yīng)的有機酸鈉鹽和醇,這就是去除織物上油污的原理。

根據(jù)氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同,燒堿又可分為30%液堿、32%液堿、45%液堿、50%液堿和73%固堿、95%固堿、96%固堿、99%固堿、99.5%固堿等系列產(chǎn)品。固堿從其形狀上又可分為桶裝固堿、片堿、粒堿。國內(nèi)固堿市場以片堿為主,主要原因是片堿具有生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)成本低、使用場景多、市場需求量大等優(yōu)點。

燒堿是重要的基礎(chǔ)化工原料,廣泛應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)、紙漿生產(chǎn)和造紙、印染和化纖、冶金、肥皂和洗滌劑、環(huán)保等行業(yè)。

在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域,燒堿是大量化學(xué)反應(yīng)中不可缺少的重要物質(zhì),也是生產(chǎn)聚碳酸酯、超級吸收劑聚合物、沸石、環(huán)氧樹脂、磷酸鈉、亞硫酸鈉和大量鈉鹽的重要原材料之一。

在紙漿和造紙工業(yè)領(lǐng)域,燒堿作為助劑,可以去除紙漿中的木質(zhì)素、碳水化合物和樹脂等非纖維素,并中和其中的有機酸,制出以纖維素為主要成分的紙漿,提高紙張質(zhì)量。

在印染和化纖工業(yè)領(lǐng)域,燒堿也有廣泛應(yīng)用。在印染工業(yè)中,燒堿可作為軟水劑,提高印染環(huán)節(jié)的上色率和均勻度,并提高著色速度。在化纖工業(yè)中,燒堿可作為退漿劑,洗除棉纖維中無機鹽類雜質(zhì),也可作為煮煉劑,去除大部分天然雜質(zhì),還可被用作絲光劑,精煉提純纖維素,改進(jìn)織物的外觀,提高織物的吸濕性。

在冶金工業(yè)領(lǐng)域,燒堿可以把礦石中的有效成分轉(zhuǎn)變成可溶性的鈉鹽,以便除去其中不溶性的雜質(zhì)。例如,燒堿溶液加溫可以溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。將溶液與殘渣(赤泥)分離后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,然后經(jīng)長時間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁,洗凈,并在950℃~1200℃溫度下煅燒,便得氧化鋁成品。又如冶煉鎢時,也是首先將精礦和燒堿焙燒成可溶的鎢酸鈉后,再經(jīng)酸析、脫水、還原等過程,從而制得粉末狀鎢。

在日常洗滌工業(yè)領(lǐng)域,肥皂、香皂和其他種類的洗滌用品對燒堿的需求比較大。肥皂屬于高級脂肪酸的鈉鹽,一般是用油脂在略為過量的燒堿作用下進(jìn)行皂化而制得的。燒堿也被用于生產(chǎn)各種洗滌劑、洗衣粉等。

在環(huán)保領(lǐng)域,燒堿主要用于水處理過程,用燒堿參與的中和反應(yīng)可降低水的硬度、調(diào)節(jié)水的pH值;燒堿可以和廢水中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)生成無害的鹽和水,也可通過吸附沉淀消除水中的重金屬離子。