炭酸ナトリウム (Na2CO3) のモル質量とこの化合物の主な例を確認する

一般にソーダ灰として知られる炭酸ナトリウムは、世界中で容易に見つかります。製造業から食品、医薬品まで用途は多岐にわたります。この化合物を洗濯用ソーダとして目にしたことがあるかもしれません。重曹としても知られる重炭酸ナトリウムと混同しないでください。 2 つの化学物質は似ていますが、同じではありません。炭酸ナトリウムは世界中の鉱床に存在しており、その最大の鉱床は米国のグリーンリバー地域にあります。この記事では、炭酸カルシウムのモル質量を発見し、その原子構造を詳しく調べ、この化合物がどのように収集され、使用されるかについて学びます。

炭酸ナトリウムは化合物であり、純粋な物質として定義されます。均一な組成を持たない混合物とは異なり、純粋な物質は全体的に同じ正確な化学組成を持っています。純粋な物質には、空気やジュースとは対照的に、二酸化炭素、酸素、純水などが含まれます。純粋な物質は、最小の粒子に至るまでまったく同じものでできています。元素の最小粒子は原子ですが、化合物の最小粒子は分子です。純粋な物質には、定義されたすべての化合物と周期表上の各元素が含まれます。それぞれの純粋な物質には、物質の物理的および化学的特性に影響を与える特別に定義されたモル質量があります。炭酸ナトリウムのモル質量は 1 モルあたり 105.99 グラムです。

モル質量という用語は実際には何を意味するのでしょうか?純粋な物質のモル質量は、グラム単位で表されるその物質 1 モルの質量として定義されます。モル質量は化学で頻繁に使用されます。

モル質量は、特定の数の物を指す科学単位であるモルに基づいています。モルを使用してあらゆる種類の物体を測定できますが、化学では通常、モルは特定の数の原子または分子を測定します。アボガドロ数またはアボガドロ定数として知られるこの数値は、約 6.022 × 10 ²³ 単位に相当します。イタリアの科学者アマデオ・アボガドロにちなんで名付けられたこの定数は、毎回同じ量に等しく、化学と世界の仕組みを理解するために不可欠です。

元素または化合物の原子量を使用して、そのモル質量を決定できます。まず、元素の原子量を周期表から求めます。通常、化学記号のすぐ下または左側にリストされます。テーブル上のキーを見て、原子量がどこにあるかを確認します。

元素の原子量は、その元素のすべての既知の同位体を考慮し、自然界に見られる比率でその値を重み付けすることによって科学的に測定されます。この加重平均は、その元素の原子量と等しくなります。同位体を 1 つだけ持つ元素もあれば、多数の同位体を持つ元素もあります。

同位体内の個々の陽子または中性子はそれぞれ、1 原子質量単位の値を持ちます。元素の各同位体には、元素の原子番号に等しい固定数の陽子があります。元素の各同位体が持つ中性子の数は異なります。一方、電子は非常に小さいため、電子がいくらあってもその質量は無視できます。したがって、同位体の原子質量は、その同位体の陽子の数に中性子の数を加えたものに等しくなります。

同位体とその原子量の測定方法をより深く理解するために、炭素を例に挙げることができます。周期表の原子番号 6 である炭素には、炭素 12、炭素 13、炭素 14 という 3 つの異なる同位体しかありません。各同位体にはちょうど 6 つの陽子があります。炭素 12 同位体には 6 個の中性子があります。したがって、その原子質量は 12 に相当します。炭素 13 には 7 個の中性子があり、その結果、原子質量は 13 になります。一方、有機材料の年代測定に使用される放射性炭素同位体である炭素 14 には、8 個の中性子があります。これにより、原子質量は 14 になります。

これら 3 つの数値の平均を取ると、13 になります。しかし、計算された炭素の原子量、12.011 原子質量単位は、13 よりも 12 にはるかに近いです。これは、炭素 12 同位体の数が炭素 13 よりもはるかに多いためです。自然界の炭素14。したがって、科学者が自然界に存在するこれらの同位体の割合を考慮すると、原子質量は炭素 12 に大きく偏ることになります。

元素の原子量がわかれば、そのモル質量を簡単に決定できます。元素の原子量を取得し、それをグラムで表すだけです。元素の 1 モルの原子の質量は、その元素の原子質量と等しくなりますが、単位は原子質量単位ではなくグラムです。

これと同じ概念を使用して、化合物のモル質量を決定します。化合物は、各分子内に同じまたは異なる元素の原子を 2 つ以上含んでいます。まず、化合物内の各原子の原子量を求め、次にそれらをすべて合計して化合物全体の原子量を求めます。単位をグラムに変更して、化合物の原子質量をモル質量に変換します。

炭酸ナトリウム、Na ₂ CO ₃ は、各分子に 6 つの原子を持っています。ナトリウム原子が 2 つ、炭素原子が 1 つ、酸素原子が 3 つあります。したがって、1 モルの炭酸ナトリウム分子には、2 モルのナトリウム原子、1 モルの炭素原子、および 3 モルの酸素原子が含まれます。 1 モルのナトリウムの質量を求めるには、ナトリウムの原子量をグラムに変換するだけです。ナトリウム1モルの質量は22.99グラムです。炭素 1 モルの質量は 12.01 グラムです。そして、酸素 1 モルの質量は 16.00 グラムです。この化合物に含まれる 6 つの原子の質量を加算すると、炭酸ナトリウムのモル質量として合計 105.99 グラムが得られます。

炭酸ナトリウム (Na ₂ CO _{3 )} は、 塩化ナトリウム (NaCl) や 塩化カルシウム (CaCl _{2 )} とよく似た無機塩です。他の多くの種類の塩と同様に、この化合物には多原子イオン、つまり 2 種類以上の原子で構成されるイオンが含まれています。無機塩は、カチオンとして知られる 1 つ以上の正に帯電したイオンが、アニオンと呼ばれる 1 つ以上の負に帯電したイオンとイオン結合していることを特徴としています。塩の正味電荷はゼロに等しい。塩は、周期表の第 1 族の金属であるアルカリ金属、または第 2 族のアルカリ土類金属と、第 17 族のハロゲン化物や CO ₃ ^2- カーボネートなどの多原子イオンなどの負に帯電した非金属と結合することがよくあります。イオン。

よく知られている食塩である塩化ナトリウムと炭酸ナトリウムは、どちらも 2 つのイオンから構成される塩です。正に帯電したナトリウムイオン Na ⁺ と負に帯電した塩素イオン Cl ^– が結合して塩化ナトリウムを形成します。炭酸ナトリウムには 3 倍の原子が含まれていますが、結合するイオンは 2 つだけです。炭酸ナトリウム中の負に帯電した炭酸イオン CO ₃ ^2- は、2 つ以上の原子が結合して単一の単位として機能するため、多原子イオンと呼​​ばれます。これらは、1 つの原子だけで構成される他のイオンと同じように機能します。炭酸イオンには 4 つの原子があり、すべて連携して正味電荷が -2 になります。

カチオンとアニオンが結合して化合物を形成すると、各イオンはその軌道を十分な電子で満たして安定した配置に到達しようとします。この安定した配置により、化合物内の各原子に安定した配置が与えられ、多くの場合、最も近い希ガスまたは第 18 族元素の安定した配置と等しくなります。

炭酸ナトリウムなどの塩の形成に使用されるイオン結合には、電子の授受が含まれます。このタイプの結合は、 二酸化炭素 などの分子に見られるような、共有結合で使用される電子の共有とは異なります。多くの化合物は共有結合を使用し、電子を共有して目的の希ガス配置に達しますが、炭酸ナトリウムやその他の塩はイオン結合を介して電子を交換してその安定した配置に達します。

第 1 族アルカリ金属グループの金属であるナトリウムは、その外殻に孤立電子を持っています。ナトリウムイオン Na ⁺ が最も近い希ガスであるアルゴンの安定な配置に到達する最も簡単な方法は、余分な電子を放出することです。 -2 の電荷を持つ多原子イオンである炭酸塩は、その外殻を埋めるために 2 つの余分な電子を必要とします。 2 つの電子を受け入れることによって、望ましい構成に到達することができます。

一対のナトリウムイオンがそれぞれ外殻から多原子炭酸イオンに単一電子を与えると、イオン結合が形成され、炭酸ナトリウムが生成されます。 -2 の電荷を持つ各炭酸イオンは、それぞれ +1 の電荷を持つ 2 つのナトリウム イオンと結合して、中性の電荷を持つ分子を形成します。次の化学式はこの反応を示しています。

2Na ⁺⁺ CO ₃ ^2- → Na ₂ CO ₃

炭酸ナトリウムの原子構造を研究するときは、この化合物がイオン結合と共有結合の両方を含むことに注意してください。ナトリウムイオンと炭酸イオン間の結合はイオン結合です。しかし、多原子炭酸イオンを構成する炭素原子と酸素原子の間の結合は共有結合であり、電子を交換するのではなく共有することを意味します。

炭酸ナトリウムは自然界にさまざまな形で存在します。炭酸ナトリウムの最も豊富で重要な供給源の 1 つは、トロナとして知られる結晶性化合物です。硫酸ナトリウムに結合した炭酸ナトリウムで構成されるトロナの大規模な鉱床は、米国のほか、 、 、 、 、 などのアフリカの一部に存在します。

企業は、地下または地表で採掘して炭酸ナトリウムを入手します。地層は火山や温泉、蒸発した湖底の近くに存在します。人々は歴史的に植物源からも炭酸ナトリウムを入手してきましたが、そのプロセスは労働集約的であり、採掘よりもコストがかかります。

長年にわたり、他の化合物から炭酸ナトリウムを生成するために複数の化学プロセスが使用されてきました。マイニングほど費用対効果が証明されたものはありませんが、自宅で簡単にできるものもあります。ルブラン法は 1800 年代を通じて主に使用されていましたが、複数のステップが必要であり、塩酸や硫化カルシウムの形で望ましくない廃棄物が生成されました。ソルベイプロセスははるかに効率的であることが証明され、20 ^世紀 初頭までに選択される製造プロセスになりました。その後、Hou プロセスでは塩化ナトリウム、アンモニア、二酸化炭素を利用して炭酸ナトリウムを製造しました。副産物である塩化アンモニウムは肥料として使用できるため、無駄がなくなります。

炭酸ナトリウムには多くの用途があります。以下にリストされている最も一般的な用途のいくつかは、炭酸ナトリウムの生産の大部分を占めています。

炭酸ナトリウムを、重曹としても知られる重炭酸ナトリウムと混同しないでください。重炭酸ナトリウム、または炭酸水素ナトリウムは、式 NaHCO ₃ を持ちます。これは、炭酸ナトリウムのナトリウムイオンの 1 つである Na ₂ CO ₃ の代わりに、正に帯電した水素イオンを置換します。ただし、これらの化学物質はどちらも食品添加物として使用できます。料理人は、麺、パン、ケーキなどの食品の酸味を抑えるために炭酸ナトリウムを使用します。それはグルテンに影響を与え、一般的にこのような食べ物をより噛みやすくします。

炭酸ナトリウムは洗濯用ソーダとして販売されており、洗剤の原料として使用できます。この化合物は、ある種のガラスの製造において重要な役割を果たします。レンガのメーカーは、粘土の押し出しを助けるためにもそれを使用します。この化合物は非常に効果的な軟水剤であり、パイプから石灰スケールを除去するのにも使用できます。炭酸ナトリウムは石鹸の製造や紙の加工に使用されます。繊維産業における特定の用途に有効であることが証明されており、クリーニング目的の研磨剤として使用されることもあります。

炭酸ナトリウムは酸を中和する能力があるため、制酸剤として使用できます。製薬会社は、糖尿病や高コレステロールの薬など、いくつかの異なる種類の医薬品の不活性成分としても使用しています。メーカーは、この化合物を局所薬、膣洗浄剤、さらにはうがい薬に含めることもあります。

炭酸ナトリウムは塩基性であり、pH は 10 ～ 11 で、プール、水族館、および製造作業で酸を中和したり、pH レベルを調整したりするのに十分に役立ちます。この化合物は比較的強い塩基であるため、特に濃縮された形では害を引き起こす可能性があります。

炭酸ナトリウムを扱う 場合、ユーザーは安全メガネと手袋を着用する必要があります。目に入った場合、火傷や炎症を引き起こす可能性があります。吸入すると、肺などの粘膜に損傷を与える可能性があります。この化合物は、長時間暴露すると皮膚に損傷を与える可能性もあります。炭酸ナトリウムによる損傷が発生した場合は、救急サービスに電話するか、医師の診察を受けてください。この化合物の誤飲が疑われる場合は、無理に吐かせないでください。直ちに毒物管理に連絡し、医師の診察を受けてください。

他のいくつかのナトリウム塩を見てみましょう。以下の化合物はすべて、1 つ以上の正に帯電したナトリウム カチオンと 1 つ以上の負に帯電したアニオンを含みます。負に荷電したイオンの質量が大きいほど、化合物のモル質量も大きくなります。

ご存知のように、炭酸カルシウムは私たちの世界に自然に存在する重要な化合物です。この塩は二原子塩よりも複雑な構造を持っています。ただし、依然として単一の正に帯電したカチオンと負に帯電した多原子アニオンで構成されています。炭酸カルシウムは、建設や製造から栄養補助食品や医薬品まで、さまざまな用途に使用されています。この汎用性の高い化合物は自然界で簡単に見つけることができ、研究室で製造することもできます。私たちの世界は、それなしではまったく同じではありません。