Сода: история открытия, получения и применения

Сода, или карбонат натрия (Na₂CO₃), – бесцветное кристаллическое вещество, обладающее высокой степенью гигроскопичности и плавящееся при температуре 858 °C. Есть также гидрокарбонат натрия, известный как пищевая, или питьевая, сода.

Сода была открыта примерно за 1500–2000 лет до нашей эры. Она добывалась из воды содовых озер и немногочисленных месторождений в виде минералов натрона (Na₂C0₃·10H₂0), термонатрита (Na₂C0₃·H₂0) и троны (Na₂C0₃·NaHC0₃·2H₂0).

Первые упоминания о получении соды посредством упаривания воды из содовых озер присутствуют в сочинении римского врача Диоскорида Педания о лекарственных веществах. Врачи и алхимики всех стран до XVIII века считали соду веществом, которое шипело и выделяло газ при взаимодействии с серной и уксусной кислотами. Сегодня известно, что шипение является результатом выделения газообразного диоксида углерода в результате определенной химической реакции.

Современники Диоскорида Педания не знали о составе соды, потому что диоксид углерода был открыт голландским химиком Яном ван Гельмонтом только через 600 лет. Ученый назвал новое вещество лесным газом.

Искусственную соду научились получать в XVIII веке. Для этого потребовалось определить состав вещества, выделив его в чистом виде. В 1736 году химик Анри Луи Дюамель де Монсо, используя воду из содовых озер, методом кристаллизации выделил чистую соду. Им было установлено, что в ее состав входит химический элемент «натр». В 1737 году Дюамель и Андреас Сигизмунд Маргграф доказали, что сода и карбонат калия – разные вещества.

Дюамель пытался получить соду путем воздействия уксусной кислоты на сульфат натрия. Современные химики знают, что это не даст результата. Однако ученый не имел представления о составе взятых им веществ. Не знал ученый и того, что сильную кислоту (серную) невозможно вытеснить из солей более слабой (уксусной).

Истории известны и другие попытки получить соду искусственным путем. Например, для этой цели Маргграф соединил нитрат натрия с углем, а затем нагрел полученное соединение. В результате вещество вспыхнуло и обожгло ученому лицо и руки. Маргграф не знал, что если к смеси нитрата натрия и угля добавить серу, то получится порох.

Первый промышленный способ получения соды был открыт в России. В 1764 году химик Эрик Густав Лаксман установил, что соду можно получить посредством спекания природного сульфата натрия и древесного угля. При этом происходит реакция, в результате которой, помимо карбоната натрия, образуются 2 газообразных вещества – диоксид углерода и диоксид серы.

Лаксману удалось получить соду на собственном стекольном заводе в Тальцинске. Однако этот способ не имел дальнейшего развития и со временем был забыт.

В 1791 году французскому химику Н. Лебману был выдан патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду». Глауберова соль – декагидрат сульфата натрия.

Для получения соды Лебман предложил сплавлять смесь сульфата натрия, карбоната кальция (мела) и древесного угля. В процессе сплавления смеси происходило восстановление сульфата натрия углем. Полученный сульфид натрия взаимодействовал с карбонатом кальция, а после полного выгорания угля и монооксида углерода расплав охлаждали и подвергали обработке водой. Карбонат натрия переходил в раствор, а сульфид кальция оставался в осадке.

Такую технологию Лебман предложил одному из своих пациентов – герцогу Филиппу Орлеанскому. В 1789 году был подписан договор, и герцог выделил Лебману на строительство завода 200 ООО серебряных ливров.

Содовый завод получил название «Франсиада – Сода Лебмана» и давал около 120 кг соды ежедневно. Однако во время Французской революции в 1793 году герцог Филипп Орлеанский был казнен. Его собственность конфисковали, а завод и патент Лебмана перешли в собственность государства. Через 7 лет завод вернули владельцу, однако он был разорен, а на восстановление производства требовались большие деньги. Последние годы Лебман доживал в нищете, а в 1806 году покончил жизнь самоубийством.

Его технология производства соды успешно использовалась во многих странах Европы. Первый завод этого типа был открыт в 1864 году в Барнауле промышленником М. Прагом. Через несколько лет в районе, где сегодня находится город Березники, появилось крупное предприятие «Любимов, Сольве и К», выпускавшее 20 000 тонн соды в год.

На этом заводе использовалась новая технология производства соды – аммиачный способ, открытый инженером‑химиком из Бельгии Эрнестом Сольве. Небольшие заводы, применявшие технологию Лебмана, не выдержав конкуренции, постепенно закрылись.

Технология Сольве имела одно большое преимущество – она была более экономной. Интересно, что этот способ был предложен еще в 1838–1840 годах английскими химиками Г. Грей‑Дьюаром и Д. Хеммингом. Сольве не внес принципиальных изменений в саму технологию, однако наладил производство, что также очень важно. Им было предложено использовать аппараты колонного типа, позволяющие не прерывать процесс и, как следствие, получать больший выход продукта.

Среди преимуществ данного метода можно также отметить получение соды лучшего качества, меньшее загрязнение окружающей среды и существенную экономию топлива. В результате в 1916‑1920‑х годах были закрыты все заводы, работавшие по старому методу.

Первые в мире заводы, использовавшие аммиачный метод получения соды, – завод в Бельгии, построенный по проекту Сольве в 1865 году, и Камско‑содовый завод Лихачева в России, открывшийся в 1868 году. Последний проработал всего 4 года и закрылся по причине нерентабельности.

Сегодня в мире производится несколько миллионов тонн соды в год. Карбонат натрия нашел применение в стеклоделии, производстве мыла и других моющих средств, целлюлозно‑бумажной промышленности, технологическом процессе получения алюминия, а также при очистке нефтепродуктов.

Гидрокарбонат натрия используется как источник углекислоты в выпечке, газированных напитках и огнетушителях.