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碳酸钠结块如何处理?

2024-04-28 16:06:31固废土壤1

这里有些回答忽略了一个问题,如果加入的是无水碳酸钠粉末,无水碳酸钠在水合时有显著的放热,会使得溶液温度升高,在35.4摄氏度以下,碳酸钠在水中的溶解度随温度升高显著增大,因此在常温(25摄氏度左右)下的饱和碳酸钠溶液中加入无水碳酸钠粉末,可能因为溶液温度升高而使得碳酸钠溶解度显著增加,导致加入的无水碳酸钠粉末继续溶解而不析出结晶。


配制饱和碳酸钠溶液时,初学者往往认为和配制饱和食盐水一样,在水中不断加入无水碳酸钠粉末,直到不能再溶解为止,实际上这种方法是很有问题的,最后得到的往往会是一种有些粘稠的热溶液,溶液冷却到室温后也只是看起来比较粘稠而已。这种溶液实际是碳酸钠的过饱和溶液,这种过饱和溶液有一定的稳定性,甚至静置很长一段时间也不见结晶析出,但只要将这种过饱和溶液进一步冷冻或者投入晶种,人为诱发结晶,就可能变成一大块晶体,这种晶体主要成分就是十水合碳酸钠(Na2CO3·10H2O),即俗称的“块碱”、“晶碱”等。


对结晶水合物加热,有利于结晶水的失去,但如果某些化合物在热水中溶解度很大,结晶水合物含结晶水分子又较多,可能在加热到一定温度后,发生化合物溶解于自身结晶水成为溶液的现象,此时温度往往远未到水的沸点。十水合碳酸钠(晶碱,Na2CO3·10H2O,35.4摄氏度溶于自身结晶水)、十水合硫酸钠(芒硝,Na2SO4·10H2O,33摄氏度左右溶于自身结晶水)、五水合硫代硫酸钠(大苏打,海波,Na2S2O3·5H2O,48摄氏度左右溶于自身结晶水)、七水合硫酸亚铁(绿矾,FeSO4·7H2O,64摄氏度左右溶于自身结晶水)等结晶水合物都是典型的例子,换而言之,这些结晶水合物在远未到达水沸点的温度下就已经失去结晶水,因此这些化合物在超过一定温度的情况下,即使在水溶液中析出也可能得不到结晶水合物,碳酸钠、硫酸钠等都是典型例子,甚至某些化合物在升温到超过失去结晶水温度后,溶解度反而随着温度升高而减小,碳酸钠、硫酸钠、硫酸镁等都如此,这类化合物的温度—溶解度曲线会出现类似“抛物线”、“倒V字”等形状。


还有一些化合物失去结晶水的情况更复杂,随着升温逐渐失去结晶水,因此会出现不同温度下结晶析出得到含不同结晶水分子个数的结晶水合物情况,例如氯化钙就是一个典型例子,不同温度下在水溶液中结晶析出可能得到CaCl2·6H2O、CaCl2·4H2O、CaCl2·2H2O等不同组成的结晶水合物,而要将CaCl2·2H2O脱水得到无水氯化钙却需要200摄氏度以上的高温煅烧。


因此,在常温下的饱和碳酸钠溶液中加入无水碳酸钠粉末,特别是无水碳酸钠粉末一次加入量较大的情况下,更可能出现的现象是:加入无水碳酸钠粉末并搅拌后,溶液温度显著升高,碳酸钠不断溶解,待溶液温度超过35.4摄氏度后,碳酸钠逐渐停止溶解,继续加入无水碳酸钠粉末也不再溶解,但此时不会析出十水合碳酸钠结晶,溶液变成有些粘稠的透明热液体,趁热将上层溶液倒出,除去未溶解的碳酸钠,溶液冷却到室温后变成粘稠透明液体,即碳酸钠的过饱和溶液,冷冻这种过饱和溶液,则得到一大块晶体,主要成分才是Na2CO3·10H2O。某些产天然碱的盐湖,在冬季低温时析出天然碱结晶Na2CO3·10H2O,就是类似的道理。


很多过饱和溶液有一定的稳定性,碳酸钠、硫酸钠、硫代硫酸钠等都可以用饱和溶液在洁净容器中缓慢降温的方法,制备出较稳定的过饱和溶液,在没有投入晶种等诱发结晶条件下,可以静置很长一段时间仍不结晶,但只要有投入晶种等诱发条件,就会迅速结晶。过去有个化学魔术叫做“一雹成冰”,就是用芒硝(十水合硫酸钠)配制成接近饱和的热溶液(配制溶液时的温度不要超过33摄氏度),缓慢冷却到室温后一般并不会立即析出十水合硫酸钠晶体,但只要投入一小粒十水合硫酸钠晶体,液体中就会迅速析出大量晶体,看起来就好像整个液体突然都“凝固”了一样。

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