સોડિયમ કાર્બોનેટ :

સોડિયમ કાર્બોનેટ : કાર્બોનિક ઍસિડ[કાર્બન ડાયૉક્સાઇડના જલીય દ્રાવણ(H₂CO₃)]નો ક્ષાર અને ઉદ્યોગોમાં વપરાતો અગત્યનો આલ્કલી. નિર્જળ (anhydrous) (Na₂CO₃) (સોડા ઍશ અથવા સાલ સોડા), મૉનોહાઇડ્રેટ (Na₂CO₃·H₂O) અને ડેકાહાઇડ્રેટ (Na₂CO₃·10H₂O) (ધોવાનો સોડા)  એમ ત્રણ સ્વરૂપે તે મળે છે.

ઉપસ્થિતિ (occurrence) : કુદરતી રીતે તે નીચેના નિક્ષેપોમાં મળી આવે છે :

ટ્રોના (trona) : (Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O)

નેટ્રોન (natron) : (Na₂CO₃·10H₂O)

રેન્કસાઇટ (ranksite) : (2Na₂CO₃·9Na₂SO₄·KCl)

પિરસોનાઇટ (pirsonnite) : (Na₂CO₃·CaCO₃·2H₂O)

ગેયલ્યુસાઇટ (gaylussite) : (Na₂CO₃·CaCO₃·5H₂O).

યુ.એસ.માં હવે કુદરતી ખનિજોમાંથી સોડા ઍશ વધુ મેળવવામાં આવે છે, જ્યારે અગાઉના સોવિયેત સંઘમાં તેનું અન્ય પ્રવિધિઓ દ્વારા ઉત્પાદન કરવામાં આવતું હતું. દક્ષિણ આફ્રિકામાં પણ તે કુદરતી સ્વરૂપે મળી આવે છે. ભારતમાં તે સોડિયમ સલ્ફેટ, સોડિયમ ક્લોરાઇડ અને સોડિયમ બાયકાર્બોનેટ સાથે (ઊસ તરીકે) મળી આવે છે.

સોડિયમ કાર્બોનેટના ઉત્પાદન માટેની ત્રણ પ્રવિધિઓ છે. તે પૈકી સોલ્વેની પદ્ધતિ વધુ વપરાય છે.

લબ્લેન્ક પદ્ધતિ : સાબુ અને કાચ બનાવવાના ઉદ્યોગમાં સોડિયમ કાર્બોનેટના થતા ઉપયોગને કારણે 1775માં ફ્રેંચ એકૅડેમી ઑવ્ સાયન્સીઝે સામાન્ય મીઠા(સોડિયમ ક્લોરાઇડ, NaCl)માંથી તે બનાવવાની પદ્ધતિ શોધી કાઢવા એક પુરસ્કાર જાહેર કર્યો હતો. આથી પ્રાયોગિક રસાયણમાં રસ ધરાવનાર નિકોલસ લબ્લેન્ક નામના શલ્યકર્મી(શસ્ત્રવૈદ્ય, surgeon)એ પણ આ માટેની પદ્ધતિ શોધી કાઢી હતી. આ પદ્ધતિ ત્રણ તબક્કાઓમાં વહેંચાયેલી છે. પ્રથમ સોડિયમ ક્લોરાઇડની સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ સાથેની પ્રક્રિયાથી સોડિયમ સલ્ફેટ અને હાઇડ્રોજન ક્લોરાઇડ મેળવાય છે :

2NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2HCl

તે પછી સોડિયમ સલ્ફેટને બારીક વાટીને કાર્બન અને ચૂનાપથ્થર (limestone, CaCO₃) સાથે ગરમ કરવાથી સોડિયમ કાર્બોનેટ અને કૅલ્શિયમ સલ્ફાઇડનું મિશ્રણ મળે છે. સલ્ફાઇડની હાજરીને કારણે તેનો રંગ કાળો હોવાથી તે કાળી રાખ (black ash) તરીકે ઓળખાય છે. ત્રીજા તબક્કામાં કાળી રાખને વાટીને પાણીમાં કાલવવાથી સોડિયમ કાર્બોનેટ દ્રાવણમાં જાય છે જ્યારે અદ્રાવ્ય સલ્ફાઇડ પાત્રને તળિયે બેસી જાય છે. દ્રાવણને ગાળી, સંકેન્દ્રિત કરી સ્ફટિકીકરણ કરવાથી Na₂CO₃·10H₂Oના સ્ફટિક મળે છે, જેને ગરમ કરવાથી નિર્જળ Na₂CO₃ મળે છે. પાત્રને તળિયે રહેતી અશુદ્ધિમાંથી સલ્ફર મેળવી તેમાંથી સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ બનાવવામાં આવે છે. જોકે હવે આ પદ્ધતિનું સ્થાન અન્ય પદ્ધતિઓએ લીધું છે.

સોલ્વે એમોનિયા-સોડા પ્રવિધિનું સાદું આરેખી પ્રક્રમચિત્ર

સોલ્વે (Solvay) અથવા એમોનિયા–સોડા પદ્ધતિ : 1860ના દાયકાના પાછલા ભાગમાં બે બેલ્જિયન ભાઈઓ અર્નેસ્ટ અને આલ્ફ્રેડ સોલ્વેએ આ પદ્ધતિ શોધી હતી. આ પદ્ધતિમાં સંતૃપ્ત લવણજળ(brine)ને એમોનિયા ટાવર તરીકે ઓળખાતા લોખંડના ટાવરમાં ઉપરથી નીચેની તરફ પસાર કરવામાં આવે છે. ટાવરમાં કાણાંવાળી છાજલીઓ આવેલી હોય છે. ટાવરના તળિયેથી એમોનિયા વાયુ પસાર કરવામાં આવે છે. આથી માતૃદ્રાવણ (mother liquor) એમોનિયા વડે સંતૃપ્ત થાય છે. માતૃદ્રાવણના નીચા તાપમાનને કારણે એમોનિયા વાયુના અવશોષણને કારણે ઉત્પન્ન થતી ગરમી શોષાઈ જાય છે. પૂર્ણ સાંદ્રતા પ્રાપ્ત કરવા માટે અંદરનું તાપમાન 30° સે.થી નીચું રાખવું જરૂરી છે.

એમોનિયાયુક્ત લવણજળને પંપની મદદથી કાર્બોનેટિંગ ટાવરમાં ઉપરના ભાગે દાખલ કરવામાં આવે છે. ટાવરના નીચેના ભાગેથી એકથી બે વાતાવરણના દબાણને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ દાખલ કરવામાં આવે છે. કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટને ગરમ કરીને આ કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ મેળવવામાં આવે છે.

CaCO₃ → CaO + CO₂

પાણીની હાજરીમાં એમોનિયા અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વચ્ચે પ્રક્રિયા થઈ એમોનિયમ બાયકાર્બોનેટ (NH₄HCO₃) ઉત્પન્ન થાય છે, જે લવણજળમાંના સોડિયમ ક્લોરાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરી સોડિયમ બાયકાર્બોનેટ અને એમોનિયમ ક્લોરાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે :

2NH₃ + H₂O + CO₂ → (NH₄)₂CO₃

(NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ + NaCl → NaHCO₃ + NH₄Cl

સોડિયમ બાયકાર્બોનેટ સામાન્યત: જલદ્રાવ્ય હોય છે પણ દ્રાવણમાંના એમોનિયમ ક્લોરાઇડની હાજરીમાં તે અલ્પ (sparingly) દ્રાવ્ય બને છે અને નાના, અદ્રાવ્ય સ્ફટિકો રૂપે અલગ પડે છે. નિર્વાત-ગાળણ(vacuum filtration)ની મદદથી તેને અલગ કરી ગરમ કરવાથી સોડિયમ કાર્બોનેટ પ્રાપ્ત થાય છે :

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

કાર્બોનેટિંગ ટાવરમાંના એમોનિયમ ક્લોરાઇડ લીકર સાથે કૅલ્શિયમ ઑક્સાઇડ (જે કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટમાંથી મળે છે.) મિશ્ર કરી ગરમી આપવાથી પ્રવિધિ માટે જોઈતો એમોનિયા પુન: પ્રાપ્ત થાય છે :

2NH₄Cl + CaO → CaCl₂ + 2NH₃

કૅલ્શિયમ ક્લોરાઇડ એ આ પદ્ધતિની આડપેદાશ છે.

વિદ્યુતવિભાજકીય (વીજાપઘટની, electrolytic) પ્રવિધિ : જ્યાં વિદ્યુતનું ઉત્પાદન ઓછા ખર્ચે થતું હોય ત્યાં આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ થાય છે. શુદ્ધ મીઠા(NaCl)ના દ્રાવણનું મધ્યપટ પ્રકાર(diaphram type)ના કોષમાં વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ પ્રાપ્ત થાય છે. કૅથોડ ખંડ(compartment)માં વરાળ અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ (દબાણ હેઠળ) દાખલ કરવામાં આવે છે. આથી સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ સોડિયમ કાર્બોનેટમાં ફેરવાય છે. કાર્બનના ધનધ્રુવને તારની જાળીથી ઋણધ્રુવથી અલગ પાડવામાં આવે છે. પ્રાપ્ત દ્રાવણનું સંકેન્દ્રીકરણ કરી, સ્ફટિકીકરણ કરતાં Na₂CO₃·10H₂Oના સ્ફટિકો મળે છે, જેમને સૂકી હવામાં રાખતાં Na₂CO₃·H₂O પ્રાપ્ત થાય છે. આ પદ્ધતિ વડે અત્યંત શુદ્ધ સોડિયમ કાર્બોનેટ મળી શકે છે. આ પ્રવિધિમાં ક્લોરિન એ અગત્યની આડપેદાશ રૂપે પ્રાપ્ત થાય છે.

ગુણધર્મો : સોડિયમ કાર્બોનેટ એ નિર્જળ અસ્ફટિકમય તેમજ જળયુક્ત સ્ફટિકમય સ્વરૂપમાં મળે છે; દા.ત., Na₂CO₃, Na₂CO₃·H₂O (મૉનોહાઇડ્રેટ), Na₂CO₃·7H₂O, Na₂CO₃·10H₂O. તે પાણી તથા ગ્લિસેરોલ(ગ્લિસરીન)માં દ્રાવ્ય જ્યારે આલ્કોહૉલમાં અદ્રાવ્ય છે. મૉનોહાઇડ્રેટની સાપેક્ષ ઘનતા 2.532, જ્યારે ડેકાહાઇડ્રેટની 1.44 છે. ડેકાહાઇડ્રેટ 32°થી 34° સે. તાપમાને પાણી ગુમાવી મૉનોહાઇડ્રેટમાં ફેરવાય છે. મૉનોહાઇડ્રેટ 109° સે.એ વધુ પાણી ગુમાવે છે. ગ.બિં. 851° સે..

પાણીમાંનું સોડિયમ કાર્બોનેટનું દ્રાવણ જળવિભાજનને કારણે આલ્કલાઇન હોય છે.

આયનીકરણ અપૂર્ણ હોવાથી તે નિર્બળ આલ્કલી તરીકે વર્તે છે.

ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરી તે જે તે ઍસિડનો ક્ષાર ઉત્પન્ન કરવા સાથે કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ વાયુ મુક્ત કરે છે :

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂

આલ્કલી ધાતુઓ સિવાયની ધાતુઓના ક્ષારના દ્રાવણમાં ઉમેરતાં તે અદ્રાવ્ય ધાતુ-કાર્બોનેટ અવક્ષિપ્ત કરે છે :

ZnSO₄ + Na₂CO₃ → ZnCO₃ + Na₂SO₄

સલ્ફર ડાયૉક્સાઇડ Na₂CO₃ના દ્રાવણમાં પસાર કરવાથી સોડિયમ સલ્ફાઇટ ઉત્પન્ન થાય છે.

Na₂CO₃ + H₂O + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O + CO₂

સિલિકા (શુદ્ધ રેતી, SiO₂) સાથે પિગાળવાથી તે સોડિયમ સિલિકેટ (જળકાચ) (water glass) આપે છે.

Na₂CO₃ + SiO₂  Na₂SiO₃ + CO₂

જોકે તે Na₂O અને SiO₂નું સંકીર્ણ મિશ્રણ (Na₂O·xSiO₂) હોય છે.

સમ-આણ્વિક (equimolar) પ્રમાણમાં સોડિયમ કાર્બોનેટ અને સોડિયમ બાયકાર્બોનેટને પાણીમાં ઓગાળી દ્રાવણનું સ્ફટિકીકરણ કરવાથી સોડિયમ સેસ્ક્વિકાર્બોનેટ (sesquicarbonate) (Na₂CO₃·NaHCO₃·2H₂O) મળે છે, જે સોડિયમ કાર્બોનેટ કરતાં ઓછો આલ્કલાઇન (આલ્કલીય) હોય છે અને તે પ્રક્ષાલક (detergent) અને સાબુના બંધક (soap builder) તરીકે તેમજ પાણીના મૃદુકરણ (water softening) માટે વપરાય છે.

ઉપયોગ : કુલ ઉત્પાદનના 50 % કરતાં વધુ સોડિયમ કાર્બોનેટ કાચ-ઉદ્યોગમાં વપરાય છે. આ ઉપરાંત તે કપડાં ધોવા તથા પાત્રો સાફ કરવા માટે, બૉરૅક્સ, હાઇપો (hypo), સોડિયમ એસિટેટ અને સોડિયમ આર્સેનેટ જેવાં સંયોજનો બનાવવા, પાણીના મૃદૂકરણ માટે તથા પાણીનું pH મૂલ્ય નિયંત્રિત કરવા તેમજ કાપડ, કાગળ અને પ્લાસ્ટિક ઉદ્યોગમાં પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. રસાયણશાસ્ત્રની પ્રયોગશાળામાં તે અગત્યનો પ્રક્રિયક છે.

ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ