सोडियम सल्फेट

सोडियम सल्फेट (जिसे सोडियम सल्फेट या सोडा सल्फेट के रूप में भी जाना जाता है) एक अकार्बनिक यौगिक है जिसका सूत्र Na2SO4 और साथ ही इसके कई संबंधित हाइड्रेट हैं। यह सभी रूपों में सफेद ठोस हैं जो जल में अत्यधिक घुलनशील हैं। 6 मिलियन टन के वार्षिक उत्पादन के साथ, यह डिकाहाइड्रेट एक प्रमुख वस्तु रासायनिक उत्पाद है। इसका उपयोग मुख्य रूप से घरेलू कपड़े धोने के चूर्ण वाले अपमार्जक के निर्माण में और अत्यधिक क्षारीय सल्फाइड बनाने के लिए कागज़ लुगदी बनाने की क्राफ्ट प्रक्रिया में भराव के रूप में किया जाता है।

रूप
निर्जल सोडियम सल्फेट, जिसे दुर्लभ खनिज थेनार्डाइट के रूप में जाना जाता है, कार्बनिक संश्लेषण में सुखाने वाले कारक के रूप में उपयोग किया जाता है।
 * हेप्टाहाइड्रेट सोडियम सल्फेट,जो बहुत ही दुर्लभ रूप में पाया जाता है
 * डेकाहाइड्रेट सोडियम सल्फेट, जिसे खनिज मिराबिलिट के रूप में जाना जाता है, व्यापक रूप से रासायनिक उद्योग द्वारा उपयोग किया जाता है। इसे ग्लौबर लवण के नाम से भी जाना जाता है।

इतिहास
सोडियम सल्फेट के डिकाहाइड्रेट को डच-जर्मन रसायनज्ञ और औषधशास्त्री जोहान रुडोल्फ ग्लौबर (1604-1670) के नाम पर ग्लौबर लवण के रूप में जाना जाता है, जिन्होंने 1625 में ऑस्ट्रियाई झरने के जल में इसकी खोज की थी। उन्होंने इसी वजह से इसे साल मिराबिलिस (चमत्कारी नमक) नाम दिया था। इसके औषधीय गुण1900 के दशक में अधिक परिष्कृत विकल्प आने तक, क्रिस्टल का उपयोग सामान्य प्रयोजन रेचक के रूप में किया जाता था। 18वीं शताब्दी में, पोटाश (पोटेशियम कार्बोनेट) के साथ अभिक्रिया  करके ग्लौबर के लवण को सोडा ऐश (सोडियम कार्बोनेट) के औद्योगिक उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में प्रयोग किया जाने लगा।जिससे सोडा ऐश की मांग बढ़ गई और सोडियम सल्फेट की आपूर्ति बढ़ानी पड़ी। इसलिए, 19वीं शताब्दी में, बड़े पैमाने पर लेब्लांक प्रक्रिया,एक प्रमुख मध्यवर्ती के रूप में कृत्रिम सोडियम सल्फेट का उत्पादन, सोडा-ऐश उत्पादन की प्रमुख विधि बन गई।

रासायनिक गुण
सोडियम सल्फेट एक विशिष्ट इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बंधित आयनिक सल्फेट है। विलयन में मुक्त सल्फेट आयनों के अस्तित्व को अघुलनशील सल्फेट् के सरल गठन से यह संकेत मिलता है जब इन विलयनों को Ba+2 या Pb+2 लवण के साथ उपचारित किया जाता है
 * Na2SO4 + BaCl2 → 2 NaCl + BaSO4

सोडियम सल्फेट अधिकांश ऑक्सीकरण या अपचयन करने वाले कारको के प्रति अभिक्रियाशील है। उच्च तापमान पर, इसे कार्बोउष्मीय अपचयन (उर्फ उष्म-रसायन सल्फेट अपचयन (TSR), चारकोल के साथ उच्च तापमान पर गर्म करने आदि) द्वारा सोडियम सल्फाइड में परिवर्तित किया जा सकता है:
 * Na2SO4 + 2C → Na2S + 2 CO2

इस अभिक्रिया को लेब्लांक प्रक्रिया में नियोजित किया गया था, जो सोडियम कार्बोनेट का एक निष्क्रिय औद्योगिक मार्ग था।

सोडियम सल्फेट सल्फ्यूरिकअम्ल के साथ अभिक्रिया करके अम्लीय लवण सोडियम बाइसल्फेट देता है
 * Na2SO4 + H2SO4 ⇌ 2 NaHSO4

सोडियम सल्फेट दोहरा लवण बनाने की मध्यम प्रवृत्ति प्रदर्शित करता है। सामान्य त्रिसंयोजी धातुओं से बनने वाली एकमात्र फिटकरी NaAl(SO4)2 (39 डिग्री सेल्सियस से ऊपर अस्थिर) और NaCr(SO4)2 हैं, इसके विपरीत पोटेशियम सल्फेट और अमोनियम सल्फेट जो कई स्थिर फिटकरी बनाते हैं।। कुछ अन्य क्षार धातु सल्फेटों के साथ द्विक लवण ज्ञात हैं, जिनमें Na2SO4·3K2SO4 भी सम्मिलित है जो प्राकृतिक रूप से खनिज एफ़थिलाइट के रूप में होता है। पोटेशियम क्लोराइड के साथ सोडियम सल्फेट की अभिक्रिया से ग्लेसेराइट का निर्माण आधार के रूप में किया गया है । अन्य दोहरे लवणों में 3Na2SO4·CaSO4, 3Na2SO4·MgSO4 (वैन्थॉफ़ाइट) और NaF·Na2SO4 सम्मिलित हैं.

भौतिक गुण
सोडियम सल्फेट में जल में असामान्य घुलनशीलता वाली विशेषताएँ हैं। जल में इसकी घुलनशीलता 0 डिग्री सेल्सियस और 32.384 डिग्री सेल्सियस के बीच दस गुना से अधिक बढ़ जाती है, जहां यह अधिकतम 49.7 ग्राम/100 ml तक पहुंच जाती है। इस बिंदु पर घुलनशीलता वक्र ढलान बदलता है, और घुलनशीलता तापमान से लगभग स्वतंत्र हो जाती है। 32.384 डिग्री सेल्सियस का यह तापमान, क्रिस्टल जल के  निकास और हाइड्रेटेड लवण के पिघलने के अनुरूप, थर्मामीटर अंशांकन के लिए एक सटीक तापमान संदर्भ के रूप में कार्य करता है।



संरचना
डिकाहाइड्रेट के क्रिस्टल अष्टफलकीय आणविक ज्यामिति के साथ [Na(OH2)6] आयनों से बने होते हैं। ये अष्टफलकीय किनारों को इस तरह साझा करते हैं कि 10 में से 8 जल के अणु सोडियम से बंधे होते हैं और 2 अन्य अंतरालीय होते हैं, जो हाइड्रोजन-सल्फेट से बंधे होते हैं। ये धनायन हाइड्रोजन बंध द्वारा सल्फेट आयनों से जुड़े होते हैं। Na–O दूरियाँ लगभग 240 पिकोमेटेर हैं। हाइड्रेटेड लवणों में क्रिस्टलीय सोडियम सल्फेट डेकाहाइड्रेट भी 6.32 की औसत दर्जे की अवशिष्ट एन्ट्रापी (पूर्ण शून्य पर एन्ट्रापी) के कारण असामान्य है। यह अधिकांश हाइड्रेट् की तुलना में जल को अधिक तेज़ी से वितरित करने की क्षमता रखता है।

उत्पादन
सोडियम सल्फेट का विश्व उत्पादन, लगभग विशेष रूप से डिकाहाइड्रेट के रूप में, लगभग 5.5 से 6 मिलियन टन सालाना (Mt/a) होता है। 1985 में, उत्पादन 4.5 Mt/a था,जो आधा प्राकृतिक स्रोतों से और आधा रासायनिक उत्पादन से प्राप्त होता था। 2000 के बाद, 2006 तक स्थिर स्तर पर, प्राकृतिक उत्पादन बढ़कर 4Mt/aहो गया, और रासायनिक उत्पादन घटकर 1.5 से 2Mt/a हो गया, अतः यह कुल मिलाकर 5.5 से 6 Mt/a हो गया।   सभी अनुप्रयोगों के लिए, स्वाभाविक रूप से उत्पादित और रासायनिक रूप से उत्पादित सोडियम सल्फेट व्यावहारिक रूप से विनिमेय हैं।

प्राकृतिक स्रोत
विश्व में डिकाहाइड्रेट (ग्लौबर का नमक) का दो-तिहाई उत्पादन प्राकृतिक खनिज रूप मिराबिलिट से होता है, उदाहरण के लिए जो दक्षिणी सस्केचेवान में झील के तल में पाया जाता है। 1990 में, मेक्सिको और स्पेन दुनिया में प्राकृतिक सोडियम सल्फेट (प्रत्येक लगभग 500,000 टन) के मुख्य उत्पादक थे, जबकि रूस, संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा प्रत्येक लगभग 350,000 टन थे। प्राकृतिक संसाधनों का अनुमान 1 अरब टन से अधिक है।

2006 में 200,000 से 1,500,000 टन प्रति वर्ष के प्रमुख उत्पादकों में सियरल्स वैली मिनरल् (कैलिफोर्निया, US), एयरबोर्न इंडस्ट्रियल मिनरल् (सस्केचेवान, कनाडा), क्विमिका डेल रे (कोहुइला, मैक्सिको), मिनेरा डी सांता मार्टा और क्रिएडेरोस मिनरल् वाई डेरिवाडोस भी सम्मिलित थे। ग्रुपो क्रिमिडेसा (बर्गोस, स्पेन), मिनेरा डी सांता मार्टा (टोलेडो, स्पेन), सुल्किसा (मैड्रिड, स्पेन), चेंगदू सानलियान तियानक्वान केमिकल (तियानक्वान काउंटी, सिचुआन, चीन), होंगज़े यिनझु केमिकल ग्रुप (होंग्ज़ जिला, जियांग्सू) डोंगपो जिला, मीशान, सिचुआन, चीन), और कुचुक्सल्फ़ेट जेएससी (अल्ताई क्राय, साइबेरिया, रूस)के नाम से जाना जाता है।

निर्जल सोडियम सल्फेट शुष्क वातावरण में खनिज थेनार्डाइट के रूप में होता है। नम हवा में यह धीरे-धीरे मिरैबिलाइट में बदल जाता है। सोडियम सल्फेट ग्लौबेराइट के रूप में भी पाया जाता है, जो एक कैल्शियम सोडियम सल्फेट खनिज है। दोनों खनिज मिराबिलाइट की तुलना में कम साधारण हैं।

रासायनिक उद्योग
दुनिया का लगभग एक तिहाई सोडियम सल्फेट रासायनिक उद्योग में अन्य प्रक्रियाओं के उप-उत्पाद के रूप में उत्पादित होता है। इस उत्पादन का अधिकांश हिस्सा रासायनिक रूप से प्राथमिक प्रक्रिया में निहित है, और केवल साधारण रूप से किफायती है। इसलिए, उद्योग के प्रयास से, उप-उत्पाद के रूप में सोडियम सल्फेट का उत्पादन घट रहा है।

सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक सोडियम सल्फेट का उत्पादन हाइड्रोक्लोरिक अम्ल उत्पादन के दौरान होता है, या तो मैनहेम प्रक्रिया में सोडियम क्लोराइड (लवण) और सल्फ्यूरिक अम्ल से, या हरग्रीव्स प्रक्रिया में सल्फर डाइऑक्साइड से उत्पादन के समय होता है। इन प्रक्रियाओं से उत्पन्न सोडियम सल्फेट को नमक केक के रूप में जाना जाता है।
 * मैनहेम:  2 NaCl + H2SO4 → 2 HCl + Na2SO4
 * हरग्रेव्स: 4 NaCl + 2 SO2 + O2 + 2 H2O → 4 HCl + 2 Na2SO4

सोडियम सल्फेट का दूसरा प्रमुख उत्पादन वे प्रक्रियाएं हैं जहां सल्फेट (SO) प्राप्त करने के लिए अधिशेष सोडियम हाइड्रॉक्साइड को सल्फ्यूरिक अम्ल द्वारा उदासीन किया जाता है कॉपर सल्फेट (CuSO4) का उपयोग करके (जैसा कि कॉपर (II) हाइड्रॉक्साइड का उपयोग करके रेयान के उत्पादन में बड़े पैमाने पर किया जाता है)। यह विधि एक नियमित रूप से लागू और सुविधाजनक प्रयोगशाला तैयारी भी है।
 * 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) ΔH=-112.5 kJ (अत्यधिक ऊष्माक्षेपी)

प्रयोगशाला में इसे मैग्नीशियम कार्बोनेट को अवक्षेपित करके सोडियम बाइकार्बोनेट और मैग्नीशियम सल्फेट के बीच अभिक्रिया से भी संश्लेषित किया जा सकता है।
 * 2 NaHCO3 + MgSO4 → Na2SO4 + MgCO3 + CO2 + H2O

यद्यपि चूँकि व्यावसायिक स्रोत आसानी से उपलब्ध हैं, इसलिए प्रयोगशाला संश्लेषण का अभ्यास प्रायः नहीं किया जाता है। पूर्व में, सोडियम सल्फेट भी सोडियम डाइक्रोमेट के निर्माण का एक उप-उत्पाद था, जहां सल्फ्यूरिकअम्ल को सोडियम क्रोमेट घोल में मिलाया जाता है, जिससे सोडियम डाइक्रोमेट या बाद में क्रोमिक अम्ल बनता है। वैकल्पिक रूप से, सोडियम सल्फेट लिथियम कार्बोनेट, चेलेटिंग एजेंट, रेसोरिसिनॉल, एस्कॉर्बिक अम्ल, सिलिका पिगमेंट, नाइट्रिक अम्ल और फिनोल के उत्पादन में बनता है या बनाया गया था।

थोक सोडियम सल्फेट को प्रायः डिकाहाइड्रेट फॉर्म के माध्यम से शुद्ध किया जाता है, क्योंकि निर्जल रूप लौह यौगिकों और कार्बनिक यौगिकों को आकर्षित करता है। हल्की गर्माहट से हाइड्रेटेड रूप से निर्जल रूप आसानी से उत्पन्न होता है।

2006 में 50-80Mt/a के प्रमुख सोडियम सल्फेट उप-उत्पाद उत्पादकों में एलिमेंटिस क्रोमियम (क्रोमियम उद्योग, कैसल हेने, NC, US), लेनजिंग एजी (200 Mt/a रेयान उद्योग, लेनजिंग, ऑस्ट्रिया), एडिसियो (पूर्व में) सम्मिलित हैं। रोडिया, मेथिओनिन उद्योग, लेस रोचेस-रूसिलॉन, फ्रांस), एलिमेंटिस (क्रोमियम उद्योग, स्टॉकटन-ऑन-टीज़, यूके), शिकोकू केमिकल्स (तोकुशिमा, जापान) और विस्को-आर (रेयान उद्योग, रूस)भी इसमें सम्मिलित हैं।

कमोडिटी उद्योग
1970 में अमेरिकी मूल्य निर्धारण 30 डॉलर प्रति टन, लवण केक की गुणवत्ता के लिए 90 डॉलर प्रति टन और बेहतर ग्रेड के लिए 130 डॉलर तक, सोडियम सल्फेट एक बहुत सस्ती सामग्री है। सबसे बड़ा उपयोग पाउडर वाले घरेलू कपड़े धोने वाले अपमार्जक में भराव के रूप में होता है, जो विश्व उत्पादन का लगभग 50% उपभोग करता है। यह उपयोग कम हो रहा है क्योंकि घरेलू उपभोक्ता तेजी से कॉम्पैक्ट या तरल अपमार्जक को उपयोग कर रहे हैं जिनमें सोडियम सल्फेट सम्मिलित नहीं है।

कागज बनाना
सोडियम सल्फेट का एक और पूर्व प्रमुख उपयोग, विशेष रूप से अमेरिका और कनाडा में, लकड़ी के गूदे के निर्माण के लिए क्राफ्ट प्रक्रिया में होता है। इस प्रक्रिया से "काली शराब" में उपस्थित ऑर्गेनिक्स को गर्मी पैदा करने के लिए जलाया जाता है, जो सोडियम सल्फेट को सोडियम सल्फाइड में बदलने के लिए आवश्यक है। यद्यपि 1960 के दशक की शुरुआत में क्राफ्ट पुनराप्‍ति प्रक्रिया की उष्मा दक्षता में प्रगति के कारण, अधिक कुशल सल्फर पुनराप्‍ति हासिल की गई और सोडियम सल्फेट मेकअप की आवश्यकता में भारी कमी आई।

काँच बनाना
कांच उद्योग सोडियम सल्फेट के लिए एक और महत्वपूर्ण अनुप्रयोग प्रदान करता है, जो यूरोप में दूसरा सबसे बड़ा अनुप्रयोग है। पिघले हुए कांच से छोटे हवा के बुलबुले को हटाने में मदद करने के लिए सोडियम सल्फेट का उपयोग फाइनिंग कारक के रूप में किया जाता है। यह कांच को अपशिष्टों से दूर करता है, और सफाई के दौरान कांच को पिघलने पर मैल बनने से रोकता है। यूरोप में कांच उद्योग 1970 से 2006 तक लगातार 110,000 टन सालाना की खपत कर रहा है।

कपड़ा
सोडियम सल्फेट वस्त्रों के निर्माण में महत्वपूर्ण है, विशेष रूप से जापान में, जहां इसका सबसे बड़ा अनुप्रयोग होता है। घोल की आयनिक ताकत को बढ़ाने के लिए सोडियम सल्फेट मिलाया जाता है और इसलिए यह "समतल" करने में मदद करता है,अर्थात कपड़ा फाइबर पर नकारात्मक विद्युत आवेश को कम करता है, ताकि रंग समान रूप से प्रवेश कर सकें (गोय और चैपमैन द्वारा विस्तृत डिफ्यूज़ दोहरी परत (DDL) का सिद्धांत देखें)। वैकल्पिक सोडियम क्लोराइड के विपरीत, यह डाई में प्रयुक्त स्टेनलेस स्टील के बर्तनों को संक्षारित नहीं करता है। जापान और US में इस अभिक्रिया ने 2006 में लगभग 100,000 टन की खपत की।

खाद्य उद्योग
सोडियम सल्फेट का उपयोग खाद्य रंगों के लिए एक मंदक के रूप में किया जाता है। इसे E नंबर योगात्मक E514 के नाम से जाना जाता है।

ताप भंडारण
ठोस से तरल में चरण परिवर्तन में उच्च ताप-भंडारण क्षमता, और 32 डिग्री सेल्सियस (90 डिग्री फ़ारेनहाइट) का लाभप्रद चरण परिवर्तन तापमान इस सामग्री को अंतरिक्ष उष्मीय अनुप्रयोगों में बाद में जारी करने के लिए निम्न-श्रेणी के सौर ताप को संग्रहीत करने के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता है। कुछ अनुप्रयोगों में सामग्री को ऊष्मा टाइलों में सम्मिलित किया जाता है जिन्हें अटारी स्थान में रखा जाता है, जबकि अन्य अनुप्रयोगों में, लवण को सौर-गर्म जल से घिरी कोशिकाओं में सम्मिलित किया जाता है।यह चरण परिवर्तन की अनुमति देता है (सोडियम सल्फेट डेकाहाइड्रेट के संलयन की गर्मी 82 kJ/mol या 252 kJ/kg है), स्थिरता के अतिरिक्त लाभ के साथ तापमान जब तक उचित चरण में पर्याप्त सामग्री उपलब्ध है।

शीतलन अनुप्रयोगों के लिए, सामान्य सोडियम क्लोराइड नमक (NaCl) के साथ मिश्रण पिघलने बिंदु को 18 डिग्री सेल्सियस (64 डिग्री फारेनहाइट) तक कम कर देता है। NaCl·Na2SO4·10H2O के संलयन की ऊष्मा वास्तव में थोड़ी बढ़ कर 286 kJ/kg हो जाती है।

छोटे पैमाने के अनुप्रयोग
प्रयोगशाला में, कार्बनिक घोलों से जल के निशान हटाने के लिए, निर्जल सोडियम सल्फेट को निष्क्रिय सुखाने वाले कारक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह समान कारक मैग्नीशियम सल्फेट की तुलना में अधिक कुशल, लेकिन धीमी गति से काम करने वाला है। यह केवल 30 डिग्री सेल्सियस से नीचे ही प्रभावी है, लेकिन इसका उपयोग विभिन्न सामग्रियों के साथ किया जा सकता है क्योंकि यह रासायनिक रूप से काफी निष्क्रिय है। सोडियम सल्फेट को घोल में तब तक मिलाया जाता है जब तक कि क्रिस्टल आपस में चिपकना बंद न कर दें; दो वीडियो क्लिप (ऊपर देखें) दर्शाती हैं कि क्रिस्टल कैसे आपस में जुड़ते हैं गीले होने पर क्रिस्टल कैसे टकराते हैं, लेकिन एक बार नमूना सूख जाने पर कुछ क्रिस्टल स्वतंत्र रूप से बहते हैं।

ग्लॉबर का लवण, डिकाहाइड्रेट, एक रेचक के रूप में प्रयोग किया जाता है। यह शरीर से कुछ दवाओं, जैसे पेरासिटामोल (एसिटामिनोफेन) को हटाने के लिए प्रभावी है; इस प्रकार इसका उपयोग अधिक मात्रा के बाद किया जा सकता है। 1953 में, निष्क्रिय सौर ताप प्रणालियों में ताप भंडारण के लिए सोडियम सल्फेट प्रस्तावित किया गया था। यह इसके असामान्य घुलनशीलता गुणों और क्रिस्टलीकरण की उच्च गर्मी (78.2 kJ/mol) का लाभ उठाता है।। सोडियम सल्फेट के अन्य उपयोगों में खिड़कियों को डी-फ्रॉस्ट करना, स्टार्च निर्माण, कालीन फ्रेशनर में एक योज्य के रूप में, और मवेशियों के चारे में एक योज्य के रूप में सम्मिलित हैं।

कम से कम एक कंपनी, थर्माल्टेक, रजाईदार प्लास्टिक पैड के अंदर सोडियम सल्फेट डिकाहाइड्रेट का उपयोग करके एक लैपटॉप कंप्यूटर चिल मैट (आईएक्सॉफ्ट नोटबुक कूलर) बनाती है। सामग्री धीरे-धीरे तरल में बदल जाती है और पुन: प्रसारित होती है, लैपटॉप के तापमान को बराबर करती है और पृथक्कर्ण के रूप में कार्य करती है।

सुरक्षा
यद्यपि सोडियम सल्फेट को प्रायः गैर-विषाक्त माना जाता है, इसे सावधानी से संभाला जाना चाहिए। इससे धूल से अस्थायी अस्थमा या आंखों में जलन हो सकती है; आंखों की सुरक्षा और पेपर मास्क का उपयोग करके इस जोखिम को रोका जा सकता है। इसका परिवहन सीमित नहीं है, और इसमें कोई जोखिम वाक्यांश या सुरक्षा वाक्यांश लागू नहीं होता है।

बाहरी संबंध

 * Calculators: surface tensions, and densities, molarities, and molalities of aqueous sodium sulfate