Entdecken Sie die Molmasse von Natriumcarbonat (Na2CO3) + Schlüsselbeispiele dieser Verbindung

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Natriumcarbonat, allgemein bekannt als Soda, ist auf der ganzen Welt leicht zu finden. Es hat viele Verwendungsmöglichkeiten, von der Herstellung über Lebensmittel bis hin zur Medizin. Möglicherweise kennen Sie diese Verbindung als Waschsoda. Verwechseln Sie es nicht mit Natriumbikarbonat, auch Backpulver genannt. Die beiden Chemikalien sind ähnlich, aber nicht gleich. Natriumkarbonat kommt in Vorkommen auf der ganzen Welt vor, die größte davon befindet sich im Green River-Gebiet in den Vereinigten Staaten. In diesem Artikel entdecken wir die Molmasse von Calciumcarbonat, werfen einen genaueren Blick auf seine atomare Struktur und erfahren, wie diese chemische Verbindung gesammelt und verwendet wird.

©Kittisak Kaewchalun/iStock über Getty Images

Natriumcarbonat ist eine chemische Verbindung, die als reine Substanz definiert wird. Reine Stoffe haben durchgehend die exakt gleiche chemische Zusammensetzung, im Gegensatz zu Gemischen, die keine einheitliche Zusammensetzung haben. Zu den reinen Substanzen gehören Dinge wie Kohlendioxid, Sauerstoff und reines Wasser, im Gegensatz zu Luft oder Saft. Ein reiner Stoff besteht bis in seine kleinsten Teilchen aus genau dem gleichen Stoff. Die kleinsten Teilchen in Elementen sind Atome, während das kleinste Teilchen einer Verbindung ein Molekül ist. Reinstoffe umfassen jede definierte chemische Verbindung und jedes Element des Periodensystems. Jeder Reinstoff hat eine spezifisch definierte Molmasse, die die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Stoffes beeinflusst. Die Molmasse von Natriumcarbonat beträgt 105,99 Gramm pro Mol.

Was bedeutet der Begriff Molmasse eigentlich? Die Molmasse einer reinen Substanz ist definiert als die Masse eines Mols dieser Substanz, ausgedrückt in Gramm. In der Chemie wird häufig die Molmasse verwendet.

Die Molmasse basiert auf einer wissenschaftlichen Einheit, dem Mol, das sich auf eine bestimmte Anzahl von Dingen bezieht. Sie könnten Maulwürfe verwenden, um jede Art von Objekt zu messen, aber in der Chemie misst ein Maulwurf normalerweise eine bestimmte Anzahl von Atomen oder Molekülen. Diese Zahl, bekannt als Avogadro-Zahl oder Avogadro-Konstante, beträgt ungefähr 6,022 × 1023 Einheiten. Diese Konstante, benannt nach dem italienischen Wissenschaftler Amadeo Avogadro, entspricht jedes Mal der gleichen Menge und ist für das Verständnis der Chemie und der Funktionsweise der Welt von entscheidender Bedeutung.

Sie können die Atommasse eines Elements oder einer Verbindung verwenden, um dessen Molmasse zu bestimmen. Ermitteln Sie zunächst die Atommasse des Elements im Periodensystem. Es wird normalerweise direkt unter oder links vom chemischen Symbol aufgeführt. Sehen Sie sich den Schlüssel in der Tabelle an, um zu bestimmen, wo die Atommasse zu finden ist.

Die Atommasse eines Elements wird wissenschaftlich gemessen, indem alle bekannten Isotope des Elements berücksichtigt und ihr Wert anhand ihres in der Natur vorkommenden Anteils gewichtet werden. Dieser gewichtete Durchschnitt entspricht der Atommasse dieses Elements. Einige Elemente haben nur ein Isotop, während andere viele haben.

Jedes einzelne Proton oder Neutron in einem Isotop hat den Wert einer atomaren Masseneinheit. Jedes Isotop eines Elements hat eine feste Anzahl von Protonen, die der Ordnungszahl des Elements entspricht. Die Anzahl der Neutronen, die jedes Isotop des Elements hat, variiert. Mittlerweile sind Elektronen so winzig, dass ihre Masse, egal wie viele Elektronen vorhanden sind, vernachlässigt werden kann. Die Atommasse eines Isotops entspricht also der Anzahl seiner Protonen plus der Anzahl der Neutronen.

Wir können Kohlenstoff als Beispiel nehmen, um Isotope und die Messung ihrer Atommasse besser zu verstehen. Kohlenstoff, die Ordnungszahl sechs im Periodensystem, hat nur drei verschiedene Isotope: Kohlenstoff-12, Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14. Jedes Isotop hat genau sechs Protonen. Das Kohlenstoff-12-Isotop hat sechs Neutronen. Daher beträgt seine Atommasse 12. Kohlenstoff-13 hat sieben Neutronen, was zu einer Atommasse von 13 führt. Kohlenstoff-14, ein radioaktives Kohlenstoffisotop, das zur Datierung organischer Materialien verwendet wird, hat acht Neutronen. Das ergibt eine Atommasse von 14.

Wenn Sie den Durchschnitt dieser drei Zahlen nehmen würden, würden Sie 13 erhalten. Aber die berechnete Atommasse von Kohlenstoff, 12,011 Atommasseneinheiten, liegt viel näher bei 12 als bei 13. Das liegt daran, dass Kohlenstoff-12-Isotope weitaus zahlreicher sind als Kohlenstoff-13 und Kohlenstoff-14 in der Natur. Wenn Wissenschaftler daher den Anteil dieser in der Natur vorkommenden Isotope berücksichtigen, tendiert die Atommasse stark zu Gunsten von Kohlenstoff-12.

Sobald Sie die Atommasse eines Elements kennen, können Sie leicht seine Molmasse bestimmen. Man nimmt einfach die Atommasse des Elements und drückt sie in Gramm aus. Die Masse eines Mols Atome eines Elements entspricht der Atommasse des Elements, jedoch in Gramm statt in Atommasseneinheiten.

Verwenden Sie dasselbe Konzept, um die Molmasse von Verbindungen zu bestimmen. Verbindungen enthalten in jedem Molekül zwei oder mehr Atome des gleichen oder verschiedener Elemente. Ermitteln Sie zunächst die Atommasse jedes Atoms in der Verbindung und addieren Sie dann alle, um die Atommasse der gesamten Verbindung zu ermitteln. Wandeln Sie die Atommasse der Verbindung in die Molmasse um, indem Sie die Einheiten in Gramm ändern.

Natriumcarbonat, Na2CO3, besteht aus sechs Atomen in jedem Molekül. Es besteht aus zwei Natriumatomen, einem Kohlenstoffatom und drei Sauerstoffatomen. Daher hätte ein Mol Natriumcarbonatmoleküle zwei Mol Natriumatome, ein Mol Kohlenstoffatome und drei Mol Sauerstoffatome. Um die Masse eines Mols Natrium zu ermitteln, rechnen Sie einfach die Atommasse von Natrium in Gramm um. Ein Mol Natrium hat eine Masse von 22,99 Gramm. Ein Mol Kohlenstoff hat eine Masse von 12,01 Gramm. Und jedes Mol Sauerstoff hat eine Masse von 16,00 Gramm. Addiert man die Masse der sechs Atome in dieser Verbindung, ergibt sich eine Gesamtmolmasse von 105,99 Gramm Natriumcarbonat.

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Natriumcarbonat, Na2CO3, ist ein anorganisches Salz, ähnlich wie Natriumchlorid, NaCl oder Calciumchlorid, CaCl2. Wie viele andere Salzarten enthält diese Verbindung ein mehratomiges Ion, also ein Ion, das aus mehr als einer Atomart besteht. Anorganische Salze enthalten ein oder mehrere positiv geladene Ionen, sogenannte Kationen, die ionisch an ein oder mehrere negativ geladene Ionen, sogenannte Anionen, gebunden sind. Die Nettoladung eines Salzes ist gleich Null. Salze kombinieren häufig Metalle der Gruppe 1 des Periodensystems, der Alkalimetalle, oder der Gruppe 2, der Erdalkalimetalle, mit negativ geladenen Nichtmetallen wie den Halogeniden der Gruppe 17 oder mehratomigen Ionen wie dem CO32-Carbonation.

Sowohl das bekannte Speisesalz Natriumchlorid als auch Natriumcarbonat sind Salze, die aus zwei Ionen bestehen. Ein positiv geladenes Natriumion, Na+, und ein negativ geladenes Chlorion, Cl–, verbinden sich zu Natriumchlorid. Natriumcarbonat enthält dreimal so viele Atome, vereint aber immer noch nur zwei Ionen. Das negativ geladene Carbonation CO32- in Natriumcarbonat wird als mehratomiges Ion bezeichnet, da es zwei oder mehr Atome vereint, die als eine Einheit zusammenarbeiten. Sie funktionieren genauso wie andere Ionen, die nur aus einem Atom bestehen. Das Carbonation besteht aus vier Atomen, die alle mit einer Nettoladung von -2 zusammenarbeiten.

Wenn sich Kationen und Anionen zu Verbindungen verbinden, versucht jedes Ion, seine Orbitale mit genügend Elektronen zu füllen, um eine stabile Konfiguration zu erreichen. Diese stabile Konfiguration verleiht jedem Atom in der Verbindung eine stabile Konfiguration, die oft der des nächsten Edelgases oder Elements der Gruppe 18 entspricht.

Bei der Ionenbindung, die bei der Bildung von Salzen wie Natriumcarbonat zum Einsatz kommt, werden Elektronen abgegeben und aufgenommen. Diese Art der Bindung unterscheidet sich von der gemeinsamen Nutzung von Elektronen bei kovalenten Bindungen, wie sie bei Molekülen wie Kohlendioxid beobachtet werden. Viele Verbindungen nutzen kovalente Bindungen und teilen Elektronen, um die gewünschte Edelgaskonfiguration zu erreichen, aber Natriumcarbonat und andere Salze tauschen Elektronen über ionische Bindungen aus, um diese stabile Konfiguration zu erreichen.

Natrium, ein Metall aus der Gruppe der Alkalimetalle der Gruppe 1, hat ein einzelnes Elektron in seiner Außenhülle. Der einfachste Weg für ein Natriumion, Na+, die stabile Konfiguration des nächsten Edelgases, Argon, zu erreichen, besteht darin, sein zusätzliches Elektron abzugeben. Carbonat, ein mehratomiges Ion mit einer Ladung von -2, benötigt zwei zusätzliche Elektronen, um seine Außenhüllen vollständig aufzufüllen. Durch die Aufnahme von zwei Elektronen kann es seine gewünschte Konfiguration erreichen.

Wenn ein Paar Natriumionen jeweils einzelne Elektronen aus ihren Außenhüllen an ein mehratomiges Carbonation abgibt, bilden sich Ionenbindungen, die zu Natriumcarbonat führen. Jedes Carbonation mit seiner Ladung -2 kann sich mit zwei Natriumionen mit jeweils einer Ladung +1 verbinden, um ein Molekül mit einer neutralen Ladung zu bilden. Die folgende chemische Gleichung zeigt diese Reaktion.

2Na+ + CO32- → Na2CO3

Beachten Sie bei der Untersuchung der Atomstruktur von Natriumcarbonat, dass diese Verbindung sowohl ionische als auch kovalente Bindungen enthält. Die Bindungen zwischen den Natriumionen und dem Carbonation sind ionisch. Aber die Bindungen zwischen den Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen, aus denen das mehratomige Carbonation besteht, sind kovalent, was bedeutet, dass sie Elektronen teilen, anstatt sie auszutauschen.

Natriumcarbonat kommt in der Natur in verschiedenen Formen vor. Eine der am häufigsten vorkommenden und wichtigsten Quellen für Natriumcarbonat ist eine kristalline Verbindung namens Trona. Große Vorkommen von Trona, bestehend aus an Natriumsulfat gebundenem Natriumcarbonat, gibt es in den Vereinigten Staaten sowie in der Türkei, China und Teilen Afrikas, einschließlich Namibia, Tansania und Kenia.

©Rahim Mngwaya/iStock über Getty Images

Unternehmen gewinnen Natriumcarbonat durch den Abbau unter Tage oder an der Erdoberfläche. Formationen gibt es in der Nähe von Vulkanen und heißen Quellen sowie verdunsteten Seeböden. In der Vergangenheit wurde Natriumcarbonat auch aus pflanzlichen Quellen gewonnen, allerdings ist der Prozess arbeitsintensiv und kostspieliger als der Abbau.

Im Laufe der Jahre wurden mehrere chemische Prozesse eingesetzt, um Natriumcarbonat aus anderen Verbindungen zu erzeugen. Keiner davon hat sich als so kosteneffektiv erwiesen wie der Bergbau, aber einige sind einfach genug, um sie zu Hause durchzuführen. Das Leblanc-Verfahren, das vor allem im 19. Jahrhundert angewendet wurde, erforderte mehrere Schritte und erzeugte unerwünschte Abfälle in Form von Salzsäure und Kalziumsulfid. Das Solvay-Verfahren erwies sich als wesentlich effizienter und wurde um die Wende des 20. Jahrhunderts zum Herstellungsverfahren der Wahl. Später nutzte das Hou-Verfahren Natriumchlorid, Ammoniak und Kohlendioxid zur Herstellung von Natriumcarbonat. Das Nebenprodukt Ammoniumchlorid könnte als Dünger verwendet werden und so Abfall vermeiden.

Natriumcarbonat hat viele Verwendungsmöglichkeiten. Nachfolgend sind einige der häufigsten Verwendungszwecke aufgeführt, die den größten Teil der Natriumcarbonatproduktion ausmachen.

Natriumcarbonat darf nicht mit Natriumbicarbonat, auch Backpulver genannt, verwechselt werden. Natriumbicarbonat oder Natriumhydrogencarbonat hat die Formel NaHCO3. Es ersetzt ein positiv geladenes Wasserstoffion anstelle eines der Natriumionen in Natriumcarbonat, Na2CO3. Beide Chemikalien können jedoch als Lebensmittelzusatzstoffe verwendet werden. Köche verwenden Natriumcarbonat, um den Säuregehalt in Lebensmitteln wie Nudeln, Brot und Kuchen zu reduzieren. Es wirkt sich auf Gluten aus und macht Lebensmittel wie diese im Allgemeinen zäher.

Als Waschsoda verkauftes Natriumcarbonat kann als Zutat in Waschmitteln verwendet werden. Die Verbindung spielt bei der Herstellung einiger Glasarten eine wichtige Rolle. Ziegelhersteller verwenden es auch, um beim Extrudieren von Ton zu helfen. Die Verbindung ist ein hochwirksamer Wasserenthärter und kann sogar zur Entfernung von Kalkablagerungen aus Rohren verwendet werden. Natriumcarbonat findet Verwendung bei der Seifenherstellung und der Papierverarbeitung. Es hat sich für bestimmte Anwendungen in der Textilindustrie bewährt und wird manchmal als Schleifmittel für Reinigungszwecke verwendet.

Natriumcarbonat kann aufgrund seiner Fähigkeit, Säuren zu neutralisieren, als Antazidum verwendet werden. Arzneimittelhersteller verwenden es auch als inaktiven Bestandteil in verschiedenen Arten von Arzneimitteln, darunter Arzneimittel gegen Diabetes und hohen Cholesterinspiegel. Manchmal verwenden Hersteller diese Verbindung in topischen Medikamenten, Vaginalduschen und sogar Mundwässern.

Natriumcarbonat ist basisch und hat einen pH-Wert zwischen 10 und 11, der hoch genug ist, um zur Neutralisierung von Säuren und zur Regulierung des pH-Werts in Pools, Aquarien und Produktionsbetrieben nützlich zu sein. Da es sich bei dieser Verbindung um eine relativ starke Base handelt, kann sie insbesondere in konzentrierter Form schädlich sein.

Bei der Arbeit mit Natriumcarbonat sollten Benutzer Schutzbrillen und Handschuhe tragen. Bei Kontakt mit den Augen kann es zu Verbrennungen und Reizungen kommen. Das Einatmen kann zu Schäden an den Schleimhäuten, auch in der Lunge, führen. Diese Verbindung kann bei längerer Einwirkung auch Hautschäden verursachen. Rufen Sie den Notdienst oder suchen Sie einen Arzt auf, wenn Sie eine Natriumkarbonatverletzung erleiden. Wenn Sie vermuten, dass diese Verbindung versehentlich eingenommen wurde, lösen Sie kein Erbrechen aus. Rufen Sie sofort die Giftnotrufzentrale an und suchen Sie einen Arzt auf.

Werfen wir einen Blick auf einige andere Natriumsalze. Die unten aufgeführten Verbindungen umfassen alle ein oder mehrere positiv geladene Natriumkationen und ein oder mehrere negativ geladene Anionen. Je größer die Masse des negativ geladenen Ions ist, desto größer ist die Molmasse der Verbindung.

Wie Sie erfahren haben, ist Calciumcarbonat eine wichtige chemische Verbindung, die in der Natur unserer Welt vorkommt. Dieses Salz hat eine komplexere Struktur als zweiatomige Salze. Es besteht jedoch immer noch aus einem einzelnen positiv geladenen Kation und einem negativ geladenen mehratomigen Anion. Calciumcarbonat hat viele Verwendungsmöglichkeiten, von der Konstruktion und Herstellung bis hin zu Nahrungsergänzungsmitteln und Medikamenten. Wir können diese äußerst vielseitige Verbindung leicht in der Natur finden und auch im Labor herstellen. Unsere Welt wäre ohne sie wirklich nicht dieselbe.

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