硫酸钠

硫酸钠

硫酸钠（英文：sodium sulfate），又称为无水芒硝[1]、无水硫酸钠，是钠的硫酸盐。分子式为Na2SO4。[0]是一种白色结晶固体或粉末，摩尔质量为142.04 g/mol，密度为2.671 g/cm3，易溶于水，溶于甘油，不溶于醇。[2][0]硫酸钠吸水可生成七水硫酸钠（Na2SO4·7H2O）或十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）。十水硫酸钠俗称芒硝。[4]硫酸钠可与钡盐反应生成硫酸钡沉淀，可被H2或C等还原剂还原，与酸反应生成硫酸氢盐。[5]硫酸钠在造纸工业上主要用于制作牛皮纸浆，在玻璃工业中用于为平板玻璃提供钠元素和硫元素，在洗涤剂工业用作充填剂和稀释剂。在印染工业中用作促染剂和缓染剂，制革工业中用作底革植物速鞣预处理剂、毛皮酸膨胀抑制剂、匀染剂等，在食品工业中可用作食用色素的稀释剂，焦糖色素制造剂。[6][7][6][8]硫酸钠也用作缓泻剂和钡盐中毒的解毒剂。[9]用于饲料中具有补钠、补硫，调节离子平衡的作用。也用于照片冲洗中和用作干燥剂等。[10][11][12]

硫酸钠（英文：sodium sulfate），又称为无水芒硝[2]、无水硫酸钠，是钠的硫酸盐。分子式为Na2SO4。[1]是一种白色结晶固体或粉末，摩尔质量为142.04 g/mol，密度为2.671 g/cm3，易溶于水，溶于甘油，不溶于醇。[3][1]硫酸钠吸水可生成七水硫酸钠（Na2SO4·7H2O）或十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）。十水硫酸钠俗称芒硝。[5]硫酸钠可与钡盐反应生成硫酸钡bèi沉淀，可被H2或C等还原剂还原，与酸反应生成硫酸氢盐。[6]

硫酸钠在造纸工业上主要用于制作牛皮纸浆，在玻璃工业中用于为平板玻璃提供钠元素和硫元素，在洗涤剂工业用作充填剂和稀释剂。在印染工业中用作促染剂和缓染剂，制革工业中用作底革植物速鞣róu预处理剂、毛皮酸膨胀抑制剂、匀染剂等，在食品工业中可用作食用色素的稀释剂，焦糖色素制造剂。[7][8][7][9]硫酸钠也用作缓泻剂和钡盐中毒的解毒剂。[10]用于饲料中具有补钠、补硫，调节离子平衡的作用。也用于照片冲洗中和用作干燥剂等。[11][12][13]

硫酸钠性质稳定。未有特殊的燃烧爆炸特性。受高热分解产生有毒的硫化物烟气。[4]会对眼睛产生刺激或造成严重损伤；如果摄入，可能会引起胃肠道紊乱；对皮肤和粘膜无刺激性。[1]

分子结构

硫酸钠的共有32个价电子，钠和硫酸根之间为离子键，中是共价键，但氧和氧之间不能形成共价键，因为没有观察到该化合物具有过氧化物的性质。[14]

硫酸钠结构式
硫酸钠结构式

晶体结构

硫酸钠依结晶条件的不同而从溶液中沉析出Na2SO4，Na2SO4·7H2O和Na2SO4·10H2O，所有上述化合物的晶体都是无色的。无水硫酸钠是斜方晶系构成的晶体，七水硫酸钠是正方或斜方晶系构成的晶体，十水硫酸钠是单斜晶系。[15]

当温度由0 ℃提高到32℃时，溶解度增加，继续提高温度会引起溶解度下降。在0~32 ℃的温度范围内，从过饱和水溶液中析出单斜晶系的芒硝Na2SO4·10H2O。在比较高的温度下，直到233℃时生成斜方晶体的无水硫酸钠。芒硝的溶解度有良好的温度系数。在32.4 ~120 ℃的温度范围内，无水硫酸钠的溶解度随温度的提高而降低。有NaCl或 NaOH存在时，硫酸钠的溶解度一般是降低的，但是关系式复杂。[15]

十水硫酸钠极易生成过饱和溶液。绝对极限过饱和度是一介稳界限，低于它时实际上没有一次晶核生成。没有晶种存在时，硫酸钠结晶是困难的。如果遇到的是负温结晶，有晶种存在时新的成长中心的出现则取决于溶液的冷却速度。25 ℃时饱和的溶液，在0.29~0.6 ℃的过冷度下开始结晶，而且溶液冷却得愈快，过冷度也愈大。[15]

十水硫酸钠，即芒硝为干涸盐湖的化学沉积物。它从含钠和硫酸根的过饱和盐湖中，在温度低于33°C条件下晶出。当溶液中存在氯化钠和其它可溶性盐类时，它的沉淀温度下降至18°C以下。与石膏、石盐、无水芒硝、泻利盐等共生。用于化学制碱工业。[16]

芒硝的晶体示意图
芒硝的晶体示意图
芒硝的晶体结构示意图
芒硝的晶体结构示意图
芒硝矿物
芒硝矿物

硫酸钠，即无水芒硝，产于含硫酸钠卤水盐湖中，由结晶沉淀而成，与芒硝、泻利盐、白钠镁矾、钙芒硝、石膏、泡碱、石盐等共生。无水芒硝结晶温度高于芒硝，一般在33°C以上，如果洛液中存在氯化钠和其它可溶性盐类时，则可在更低温度下发生沉淀。此外，芒硝经脱水作用也可形成无水芒硝。火山区域的硫质喷气孔周围也有少量产出。用于制碱、造纸和玻璃工业。[16]

无水芒硝的晶体和双晶
无水芒硝的晶体和双晶
无水芒硝的晶体结构示意图
无水芒硝的晶体结构示意图
无水芒硝矿物
无水芒硝矿物

物理性质

硫酸钠外观性状白色、无臭、有苦味的结晶或粉末。[4]密度为2.671 g/cm3，熔点为884℃，沸点为1700℃。[1][4]热力学函数（298 K，100 kPa）：生成焓hán为-1384.5 KJ/mol，吉布斯自由能为-1266.7 kJ/mol，熵shāng为149.6 J/(mol·K)，溶解热为1.17 kJ/mol。[17][1]易溶于水，溶于甘油，不溶于醇。[1]易潮解。硫酸钠吸水可生成七水硫酸钠（Na2SO4·7H2O）或十水硫酸钠（Na2SO4·10H2O）。十水硫酸钠俗称芒硝，高于32.38℃时转变成无水盐。芒硝为无色晶体，在干燥的空气中易风化变成白色粉末。[5]

加热分解

硫酸钠加热分解时，放出硫氧化物和氧化钠的有毒烟雾。[1]

与钡盐反应

硫酸钠与钡盐反应，生成硫酸钡沉淀。[6]

还原反应

硫酸钠对大多数氧化剂或还原剂不反应。[18]硫酸钠与还原剂H2或CH4或CO或C反应，S被还原。[6]

在高温下，它可以通过碳热还原转化为硫化钠。[18]该反应被用于勒布朗工艺，这是一种已失效的碳酸钠工业路线。[19]

与酸反应

硫酸钠与酸反应生成硫酸氢盐。[6]

应用

硫酸钠主要用作造纸、玻璃、洗涤剂等工业用途，也用作缓泻剂和钡盐中毒的解毒剂，以及用于饲料，照片冲洗和干燥剂。[8][10][11][12]

工业

20世纪80年代，硫酸钠的主要用途在于制作牛皮纸浆（也称硫酸盐纸浆）。在制作纸浆的过程中，硫酸钠还原为硫化物，这种硫化物是捣浆的活性组成。[8]不过，随着造纸工业的技术发展，硫酸钠的需要量持续减少。[8]

硫酸钠的另一重要用途是玻璃工业。苏打粉是玻璃生产中的主要化学原料，在一定程度上，硫酸钠可提供钠，以满足需要，对某些类型的玻璃，硫的存在也是有好处的。由于技术上的原因。消耗在玻璃工业上的硫酸钠，主要用于平板玻璃，而在瓶罐和其它玻璃中应用较少。[8]

硫酸钠还有一个主要用途是在洗涤剂工业。由于硫酸钠没有腐蚀、中性以及便宜，所以它是理想的充填剂和稀释剂。此外，它还具有轻度去垢的性质。[8]

在印染工业中用作直接染料、硫化染料、还原染料等染棉纤维的促染剂，作直接染料染丝绸时的缓染剂。制革工业中用作底革植物速鞣预处理剂、毛皮酸膨胀抑制剂、匀染剂等。[7]

在食品工业中，硫酸钠可用作食用色素的稀释剂，焦糖色素制造剂。[7][9]

硫酸钠还用于生产合成泡沫材料、硫化钠及其有关化合物等。[8]

药用

硫酸钠可拮抗体内钡离子，钡离子形成不溶性硫酸钡，从而阻断后者的毒性，用于钡中毒的解毒药。硫酸钠亦可用作泻药，其进入胃肠道后，通过增加肠道容积而扩张，刺激肠壁，反射性地使肠蠕动增加而导泻。[10]

饲料

硫酸钠具有补钠、补硫，调节离子平衡的作用。硫主要通过它所存在的有机代谢物起作用，可用于合成软骨基质、牛磺酸、肝素、胱氨酸等有机成分。硫也是蛋白质合成所必需的含硫氨基酸的成分，通过这些物质参与机体蛋白质、被毛以及多种激素的合成。在家禽饲料中添加硫酸钠有促进羽毛生长的作用。[11]

相片冲洗

硫酸钠可使感光材料乳剂膜中的明胶变得坚硬，防止胶膜软化，提高感光材料的耐冲性，因而可用作坚膜剂、黑白及水溶性彩色负片的前坚膜液一般使用3~5%的硫酸钠水溶液。[13]

干燥剂

在有机合成实验室硫酸钠是一种最为常用的后处理干燥剂。[12]

历史

硫酸钠最早被称为格劳伯盐（Glaubers salt），因为荷兰-德国化学家兼药剂师约翰・鲁道夫・格劳伯（Johann Wilhelm Clauber）于1625年在奥地利泉水中发现了它。他将其命名为奇异盐（sal mirabilis），因为它具有药用价值：这些晶体被用作通用的泻药，直到20世纪初出现了更复杂的替代品。[20][21]

在18世纪，硫酸钠开始被用作工业生产纯碱（碳酸钠）的原料，方法是通过与钾肥（碳酸钾）反应生成。纯碱需求增加，硫酸钠供应量也随之增加。在19世纪，以合成硫酸钠为关键中间体的大规模勒布朗（Leblanc）工艺成为纯碱生产的主要方法。[22]

分布

硫酸钠存在于自然界有下列几种：结晶芒硝（Na2SO4·10H2O）、无水芒硝（Na2SO4）、白钠镁矾（Na2SO4·MgSO4·4H2O）、钙芒硝（Na2SO4·CaSO4）、硫酸钾石（Na2SO4·3K2SO4）。[2]天然存在的硫酸钠矿分布很广，通常是硫酸镁（钙）的复盐及芒硝。天然硫酸钠主要存在于硫酸钠的卤盐或干旱地区盐湖的次表层沉积晶体中。天然硫酸钠矿物主要分布在中国、墨西哥、加拿大、美国、西班牙和俄罗斯，阿根廷、智利、伊朗和土耳其也有少量的天然硫酸钠。中国的内蒙古、青海、西藏以及新疆的某些地区盐湖较多，里面也存在着大量的硫酸钠。[23]

工业制备

无水硫酸钠加水溶解，经沉淀、过滤、蒸发、结晶、分离、干燥后可制得药用硫酸钠（又名格劳柏盐或泻药）。[24]

10水硫酸钠加水溶解，经过滤、除杂质、过滤、蒸发、精制、过滤、结晶、干燥后可制得化学试剂用10水硫酸钠。[24]将滤液浓缩、烘干可制得化学试剂用无水硫酸钠。[24]

用芒硝矿经溶解、除去杂质、蒸发﹑结晶、烘干脱水可制得工业用硫酸钠。其反应式为[24]

将钙硝矿石粉碎，加水球浸磨，取得芒硝液，再蒸发脱水可得工业用硫酸钠。[6]

曼海姆工艺通过氯化钠和硫酸反应生成硫酸钠。该反应在流化床反应器或称为曼海姆炉的特制炉中进行。这种方法最后一次在美国使用是在20世纪80年代。哈格里夫斯工艺通过SO2、O2和H2O与NaCl反应生成硫酸钠。美国只有少量的硫酸钠使用哈格里夫斯工艺制造，但哈格里夫斯和曼海姆工艺在世界其他地区被广泛使用。[1]

用食盐与硫酸制造盐酸时，硫酸钠是一种副产品：[25]

实验室制备

在实验室中，硫酸钠可以由碳酸氢钠和硫酸镁反应，通过沉淀碳酸镁来合成。然而，由于商业资源很容易获得，因此实验室合成并不经常进行。[26]

危险性

硫酸钠性质稳定。未有特殊的燃烧爆炸特性。受高热分解产生有毒的硫化物烟气。[4]会对眼睛产生刺激或造成严重损伤；如果摄入，可能会引起胃肠道紊乱；对皮肤和粘膜无刺激性。[1]

GHS图标：危险[1]

GHS图标
GHS图标

GHS危险性说明

H320：引起严重的眼睛损伤或眼睛刺激。[1]

H370：对特定靶器官造成损害。[1]

危害

人体危害：硫酸钠可能导致胃肠道刺激和腹泻。[27]

动物危害：在饮用含有7500 mg/L硫酸钠的水15天后，家禽死亡率为33%。过量用药引起的猪中毒爆发的特征是抽搐、震颤和惊厥。尸检时最明显的病变是大脑皮层的广泛空泡化和坏死。[27]

环境危害：土壤中硫酸钠含量达到710 mg/L时，会对植物根系生长和水分吸收有抑制作用；达到4000 mg/L时，会对植物造成伤害。在水生生物中，枝角类（cladoceran）和贻贝（mussel）对硫酸盐的敏感性高于蠓měng（midge）和胖头鲦鱼（fathead minnow），而胖头鲦tiáo鱼对硫酸盐的长期敏感性高于其他3个物种。[27]

毒理

小鼠经口半数致死剂量（LD50）：5 989 mg/kg。[4]小鼠经静脉注射最低致死剂量（LDLo）：1 220 mg/kg。[1]

兔经静脉注射半数致死剂量（LD50）：1 220 mg/kg。[1]

安全防护

生产过程密闭，加强通风。空气中粉尘浓度超标时，必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。紧急事态抢救或撤离时，应该佩戴空气呼吸器。戴化学安全防护眼镜。穿防毒物渗透工作服。戴橡胶手套。及时换洗工作服。保持良好的卫生习惯。[4]

急救措施

皮肤急救：冲洗干净，然后用水和肥皂清洗皮肤。[1]

眼部急救：首先用大量清水冲洗几分钟（如果可能的话，请摘下隐形眼镜），然后就医。[1]

吸入急救：呼吸新鲜空气，休息。如呼吸困难，吸氧并。必要时就医。[1][4]

食入急救：饮足量温水，催吐。及时就医。[4]

泄露处置

隔离泄漏污染区，限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩），穿防毒服。避免扬尘，小心扫起，置于袋中转移至安全场所。大量泄漏：用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。[4]

消防方法

消防人员必须穿全身防火防毒服，在上风向灭火。灭火时尽可能将容器从火场移至空旷处。[4]

参考资料 27

  1. Sodium Sulfate | Na2SO4 | CID 24436 - PubChem — pubchem
  2. 参考 2
  3. Sodium sulfate — britannica
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. WHO FOOD ADDITIVES SERIES: 44 — inchem
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
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  20. 参考 20
  21. "Glauber, Johann Rudolf" — galileo.rice.edu
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
  26. 参考 26
  27. Sodium Sulfate | Na2SO4 | CID 24436 - PubChem — pubchem
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