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Natriumhydrogencarbonat

Salz der Kohlensäure
(Weitergeleitet von Kaiser-Natron)

Natriumhydrogencarbonat (Trivialname: Natron) hat die Summenformel NaHCO3, ist ein Natriumsalz der Kohlensäure und zählt zu den Hydrogencarbonaten. Gelegentlich werden für Natriumhydrogencarbonat auch die veralteten und chemisch unzutreffenden Trivialnamen doppeltkohlensaures Natron und Natriumbicarbonat (auch kurz NaBi) verwendet. Im Handel wird es auch unter den Bezeichnungen Speisesoda, Backsoda, Backnatron, Speisenatron sowie Markennamen wie Kaiser-Natron und Bullrich-Salz angeboten. Für den Normalbürger dürften die bedeutendsten Anwendungen darin bestehen, es als Backpulver zu nutzen, oder als Hausmittel gegen Sodbrennen.

Strukturformel
Struktur von Natriumhydrogencarbonat
Allgemeines
Name Natriumhydrogencarbonat
Andere Namen
  • Natriumhydrogenkarbonat
  • Natron
  • doppeltkohlensaures Natron
  • Natriumbicarbonat
  • Natriumbikarbonat
  • Backsoda
  • E 500 (ii)[1]
  • SODIUM BICARBONATE (INCI)[2]
Summenformel NaHCO3
Kurzbeschreibung

farbloser, geruchloser, kristalliner Feststoff[3]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 144-55-8
EG-Nummer 205-633-8
ECHA-InfoCard 100.005.122
PubChem 516892
ChemSpider 8609
DrugBank DB01390
Wikidata Q179731
Eigenschaften
Molare Masse 84,01 g·mol−1
Aggregatzustand

fest[3]

Dichte

2,22 g·cm−3 (20 °C)[4]

Schmelzpunkt

Zersetzung ab 100±1 °C[5][6]

pKS-Wert
Löslichkeit

mäßig in Wasser (93,4 g·l−1 bei 20 °C)[3]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[4]
keine GHS-Piktogramme

H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze[4]
Toxikologische Daten

4220 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[3]

Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0

−950,8 kJ/mol[8]

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Die Verbindung sollte nicht mit Natriumcarbonat (Soda/"Waschsoda", Summenformel Na2CO3) verwechselt werden.

Etymologie Natron

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Das Wort Natron existiert seit Beginn der Neuzeit im Deutschen (in den Formen anatron, natrum und natron) und entstand (wie spanisch, französisch und englisch natron sowie „Natrium“) über arabisch naṭrūn (bzw. anatrūn; vgl. das unterägyptische „Natrontal“ „Wadi an-Natrūn“, woher früher ein Gemisch aus Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat zum Wasserentzug aus Mumien bezogen wurde[9]) aus griechisch nítron (νίτρον) (Herodot; attisch lítron (λίτρον)), welches auf altägyptisch ntr zurückzuführen ist. Aus dem griechischen nítron (Natron, Soda, Salpeter) war auch lateinisch (sal) nitrum und deutsch Salniter gebildet worden (woraus dann Nitrogen, Nitrat usw. herleitbar sind).[10][11]

Bereits im Wörterbuch der ägyptischen Sprache von Adolf Erman und Hermann Grapow wurden vor einem knappen Jahrhundert griechisch nítron (νίτρον) und hebräisch neter/nether mit dem altägyptischen Wort nṯr.j verknüpft, das im 2. Jahrtausend vor Christus etwa /natsₑra-/ ausgesprochen wurde. Da sich das Natronwort in dieser Zeit in vielen unverwandten, aber benachbarten Sprachen findet, muss diese Etymologie als wahrscheinlich betrachtet werden.[12]

Altägyptisch nṯr.j bedeutet in Bezug auf Natron jedoch nicht „göttlich“ und bezeichnet auch das Natron nicht als göttliche Substanz, wie häufig zu lesen ist. Alle Gegenstände und Substanzen zur Vorbereitung eines Leichnams für das Begräbnis und der Mumifizierung heißen grundsätzlich nṯr.j, zum Beispiel auch Mumienbinden und Mumifizierungsgeräte, also „zum Begräbnis gehörende Sache“.

Vorkommen

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Nahcolith

Natriumhydrogencarbonat kommt als natürliches Mineral Nahcolith unter anderem in den Vereinigten Staaten vor. Es tritt meist feinverteilt in Ölschiefer auf und kann dann nur als Beiprodukt der Ölförderung gewonnen werden. Ein Bergbau besonders reicher Nahcolith-Horizonte wird im Bundesstaat Colorado betrieben, die jährliche Förderung lag im Jahre 2007 bei 93.440 Tonnen.[13] Es gibt auch Fundorte in Europa.

Darstellung

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Umsetzung von gesättigter Natriumcarbonatlösung mit Kohlenstoffdioxid unter Kühlung:

 

Dies ist eine Gleichgewichtsreaktion, die aber durch die relative Schwerlöslichkeit von Natriumhydrogencarbonat stark nach rechts verschoben ist. Das abfiltrierte Natriumhydrogencarbonat muss vorsichtig getrocknet werden, damit es sich nicht wieder zersetzt (in Umkehrung der Bildungsreaktion).

Auf diese Weise wurde es erstmals durch den Apotheker Valentin Rose den Jüngeren 1801 in Berlin dargestellt.

Im Solvay-Verfahren als Zwischenprodukt ausfallendes Natriumhydrogencarbonat wird wegen der mitgefällten Verunreinigungen (hauptsächlich Ammoniumchlorid) normalerweise nicht verwendet.

Eigenschaften

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Natriumhydrogencarbonat ist ein farbloser, kristalliner Feststoff, der sich oberhalb einer Temperatur von 100 °C unter Abspaltung von Wasser und Kohlenstoffdioxid zu Natriumcarbonat zersetzt, wobei die Reaktion ab einer Temperatur von 120 °C rasch verläuft.[5][6] Andere Quellen geben abhängig von Korngröße und Reaktionsbedingungen auch Werte von 65 °C[14] oder etwa 85 °C[15][16] an.

 

An feuchter Luft erfolgt eine langsame Abspaltung von Kohlenstoffdioxid unter Bildung von Natriumsesquicarbonat.[14]

In Wasser löst es sich – im Gegensatz zu Natriumcarbonat – mit nur schwach alkalischer Reaktion.[17]

 

Natriumhydrogencarbonat kristallisiert monoklin in der Raumgruppe P21/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit den Gitterparametern a = 3,51 Å, b = 9,71 Å, c = 8,05 Å und β = 111° 51′.[18] Die Verbindung bildet Mischkristalle mit Natriumcarbonat.[17]

Verwendung

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Natriumhydrogencarbonat wird hauptsächlich zur Herstellung von Backpulver und Brausepulver verwendet. Die weltweite Produktionsmenge liegt im 100.000-Tonnen-Bereich.[17]

Die Verbindung findet allgemein vielfältige Anwendung:

  • In der Lebensmitteltechnik
  • In der Medizin
  • In der Luftfahrttechnik
    • zur Hitzeabsorption und zur Schaffung einer brandhemmenden Atmosphäre in Flugschreibern[28]
  • In der Umwelttechnik
    • als Sorptionsmittel für saure Abgasbestandteile (SOx, HCl) in Rauchgasreinigungsanlagen (Bicar-Verfahren)
  • Historisch zur Dehydratisierung von Leichen (Mumifizierung)
  • In der Landwirtschaft
    • als Mittel gegen Pilzerkrankungen wie Mehltau und Graufäule, bekannt unter dem Namen Steinhauers Mehltauschreck[29]
    • als pH-Wert-Puffer in der Milchviehfütterung[30]
    • als Käsereifungsmittel (pH-Abstumpfung, bei der Sauermilchkäserei) und zur Verzögerung der Milchgerinnung[31]
  • Als Bestandteil von Feuerlöschpulvern (Abgabe von CO2 bei Erhitzung[17])
  • Zum Strecken von synthetischen Drogen wie Amphetamin sowie zur Herstellung von Crack aus Kokain[32]
  • Im Haushalt
    • als Bestandteil von Feinwaschmitteln[33]
    • als Putzmittel, beispielsweise werden Fliesenfugen oder Sportschuhe aufgehellt, indem es mit Wasser gemischt und eingebürstet wird.[34]
    • Zum Entfernen angebrannter und verkrusteter Speisereste. Der Effekt beruht teilweise auf der Verseifung fetthaltiger Nahrungsmittelreste.[35] Wirksamer (und aggressiver bei Kontakt mit Haut und Schleimhäuten) ist jedoch das stärker alkalisch reagierende (Wasch-)Soda (Natriumkarbonat).[36]
    • Eine Prise Natron im Kochwasser lässt Erbsen, Linsen und Bohnen schneller weich werden und nimmt verschiedenen Kohlsorten die blähende Wirkung.[35]
    • Als Mittel gegen Ameisen und Kakerlaken: Streut man Natron in die Löcher des Ameisenbaus und auf die Ameisenwege, nehmen die Ameisen das Natron auf und tragen es mit in ihren Bau. Natron ändert den pH-Wert im Körper der Ameisen, was zum Tode führt (Waldameisen stehen unter Naturschutz).[37]
    • Überschüssige Säure in Lebensmitteln wird durch Natron neutralisiert oder abgeschwächt.[4] Dies ist etwa bei der Zubereitung von Konfitüren aus sauren Früchten wie Sanddorn oder Rhabarber von Bedeutung, da diese so einen milderen Geschmack erhalten und weniger Zucker verwendet werden muss. Auch zu einer Speise übermäßig zugesetzter Essig oder Zitronensaft kann durch Natron neutralisiert werden.[38]
  • In der Aquaristik und im Poolwasser
    • zur Erhöhung der Pufferkapazität zur Verhinderung eines Säuresturzes
    • zur Regulierung des KH-Wertes, z. B. in der Meerwasseraquaristik,[39] oder zur Regulierung der Alkalität in Swimmingpools (sogenannte Alka-Plus-Produkte bestehen aus Natriumhydrogencarbonat)
  • In Spielzeugraketen dient es zusammen mit Essig oder Zitronensäure als Treibstoff (durch Bildung des Gases Kohlenstoffdioxid)[40]
  • Im Labor zur Neutralisation verschütteter Säuren, zumeist als 5%ige Lösung.
  • Als nicht abrasives Strahlmittel in der Strahltechnik, siehe Sodastrahlen
  • Zum Lösen von Uran in Gesteinsformationen beim In-situ-leaching-Verfahren (ISL-V.)[41][42]

Biologische Bedeutung

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Mit Säuren reagiert es schäumend unter Bildung von Kohlenstoffdioxid und Wasser.

 

Die Möglichkeit, Säuren durch HCO3− zu neutralisieren, ist lebenswichtig.

  • Im Magen muss aufgrund der dort aktiven Enzyme ein saures Milieu herrschen, dies geschieht durch Produktion von Chlorwasserstoff (HCl), woraus sich zusammen mit Wasser der Magensaft (ca. 0,5-prozentige Salzsäure) bildet, dessen pH-Wert (nüchtern) bis auf 1–1,5 sinken kann. Die Epithelzellen der Magenwand, die bei einem so niedrigen pH-Wert sofort zugrunde gehen würden, schützen sich selbst durch Abgabe von mit HCO3− versetztem Schleim.[43] Dringen H+-Ionen der Salzsäure in die Schleimschicht ein, so werden sie zu CO2 und Wasser neutralisiert. Das CO2 entweicht zumeist durch die Speiseröhre.
  • Im Dünndarm wird wiederum eine alkalische Umgebung benötigt, da hier andere Enzyme die Spaltung der Nährstoffe übernehmen. Die Änderung des pH-Wertes erfolgt im Zwölffingerdarm (Duodenum) durch Einspeisung des Sekretes der Bauchspeicheldrüse, welches unter anderem ebenfalls – wie der im Magen abgegebene Schleim – HCO3− enthält. Eine eingeschränkte Abgabe von HCO3− durch das Pankreas (exokrine Pankreasinsuffizienz) bedingt eine Übersäuerung des Duodenums und damit ein unphysiologisches Milieu für Verdauungsenzyme.
  • Hydrogencarbonat HCO3− ist der wichtigste Blutpuffer zur Regulierung des Säure-Basen-Haushalts des Menschen.
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Commons: Natriumhydrogencarbonat – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Natriumhydrogencarbonat – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. ↑ Eintrag zu E 500 (ii): Sodium hydrogenate carbonate in der Europäischen Datenbank für Lebensmittelzusatzstoffe, abgerufen am 27. Juni 2020.
  2. ↑ Eintrag zu SODIUM BICARBONATE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 25. Februar 2020.
  3. ↑ a b c d Datenblatt Natriumhydrogencarbonat bei Merck, abgerufen am 19. Januar 2011.
  4. ↑ a b c d e f Eintrag zu Natriumhydrogencarbonat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 19. Dezember 2019. (JavaScript erforderlich)
  5. ↑ a b A.E. Simchen: The Application of Thermal Analysis Methods to the Decomposition of Sodium Bicarbonate. In: Israel Journal of Chemistry. Band 9, Nr. 5, 1971, S. 613–614, doi:10.1002/ijch.197100086.
  6. ↑ a b Miloslav Hartman, Karel Svoboda, Michael Pohořelý, Michal Šyc: Thermal Decomposition of Sodium Hydrogen Carbonate and Textural Features of Its Calcines. In: Industrial & Engineering Chemistry Research. Band 52, Nr. 31, 2013, S. 10619–10626, doi:10.1021/ie400896c.
  7. ↑ a b Robert N. Goldberg, Nand Kishore, Rebecca M. Lennen: Thermodynamic quantities for the ionization reactions of buffers in water. In: J. Phys. Chem. Ref. Data. 31. Jahrgang, Nr. 2, 2002, S. 264 (englisch, nist.gov [PDF; abgerufen am 24. November 2021]).
  8. ↑ David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-19.
  9. ↑ Renate Gerner: Bei der Mumifizierung verwendete Instrumente und Substanzen. In: Renate Gerner, Rosemarie Drenkhahn (Hrsg.): Mumie und Computer. Ein multidisziplinäres Forschungsprojekt in Hannover. Sonderausstellung des Kestner-Museums Hannover vom 26. September 1991 bis 19. Januar 1992. Kestner-Museum, Hannover 1991, ISBN 3-924029-17-2, S. 28 f.
  10. ↑ Franz Dornseiff: Die griechischen Wörter im Deutschen. Walter de Gruyter & Co, Berlin 1950, S. 44.
  11. ↑ Friedrich Kluge, Alfred Götze: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache. 20. Auflage, hrsg. von Walther Mitzka, De Gruyter, Berlin / New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage“) ebenda 1975, ISBN 3-11-005709-3, S. 504.
  12. ↑ Adolf Erma, Hermann Grapow: Aegyptisches Handwörterbuch. Reuther & Reichard, Berlin 1921.
  13. ↑ Präsentation des US Geological Survey zu Nahcolith-Vorräten in Colorado (PDF 12 MB, engl.).
  14. ↑ a b Eckard Amelingmeier, Michael Berger, Uwe Bergsträßer, Henning Bockhorn, Peter Botschwina: RÖMPP Lexikon Chemie, 10. Auflage, 1996-1999. Thieme, 2014, ISBN 978-3-13-200021-6, S. 2831 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  15. ↑ Yee-Lin Wu, Shin-Min Shih: Intrinsic kinetics of the thermal decomposition of sodium bicarbonate. In: Thermochimica Acta. Band 223, 1993, S. 177–186, doi:10.1016/0040-6031(93)80132-T.
  16. ↑ L. Dei, G. G. T. Guarini: The thermal decomposition of NaHCO3. In: Journal of thermal analysis. Band 50, Nr. 5, 1997, S. 773–783, doi:10.1007/BF01979207.
  17. ↑ a b c d e A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9, S. 1182.
  18. ↑ R. L. Sass, R. F. Scheuerman: The crystal structure of sodium bicarbonate. In: Acta Crystallographica. 15, 1962, S. 77–81, doi:10.1107/S0365110X62000158.
  19. ↑ Wilfried Umbach: Kosmetik und Hygiene: von Kopf bis Fuß. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 3-527-66350-9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  20. ↑ W. Forth, D. Henschler, W. Rummel: Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie. 9. Auflage. URBAN & FISCHER, München 2005, ISBN 3-437-42521-8.
  21. ↑ Ernst Mutschler et al.: Mutschler – Arzneimittelwirkungen Lehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie. 9. Auflage. Wissenschaftl. Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2008, ISBN 978-3-8047-1952-1.
  22. ↑ Antidot-Monographie für Natriumhydrogencarbonat (PDF; 60 kB).
  23. ↑ Beipackzettel von einschlägigen Präparaten wie Moviprep, Prepacol, Endofalk, Klean Prep, CitraFleet
  24. ↑ Rainer Nowack, Rainer Birck, Thomas Weinreich: Dialyse und Nephrologie für Fachpersonal. Springer-Verlag, 2009, ISBN 978-3-540-72323-3, S. 110.
  25. ↑ Hämodialyse. In: gesundheits-lexikon.com. DocMedicus Verlag GmbH & Co. KG, abgerufen am 3. Februar 2016.
  26. ↑ Wolfgang Hartig: Ernährungs und Infusionstherapie: Standards für Klinik, Intensivstation und … Georg Thieme Verlag, 2004, ISBN 3-13-130738-2, S. 326 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  27. ↑ Franz-Josef Kretz, Karin Becke: Anästhesie und Intensivmedizin bei Kindern - Franz-Josef Kretz, Karin Becke. Georg Thieme Verlag, 2007, ISBN 3-13-157212-4, S. 151 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  28. ↑ Patent US6143978A: Enclosure for dissipating heat away from a heat sensitive device using bicarbonate compositions. Angemeldet am 31. März 1998, veröffentlicht am 7. November 2000, Anmelder: Allied Signal Inc, Erfinder: Jane Ren et al.‌
  29. ↑ oekolandbau.nrw.de: Indirekte Unkrautregulierung in Winterweizen (Memento vom 18. Mai 2014 im Internet Archive), abgerufen am 17. Mai 2014.
  30. ↑ portal-rind.de: Auswirkungen von Fütterungsfehlern und Stoffwechselstörungen auf die Klauengesundheit:: Portal-Rind.de, abgerufen am 17. Mai 2014.
  31. ↑ Eintrag zu Natriumhydrogencarbonat. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 17. Mai 2014.
  32. ↑ Thomas Geschwinde: Rauschdrogen: Marktformen und Wirkungsweisen. Springer DE, 2013, ISBN 3-642-30163-0, S. 530 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  33. ↑ Günter Wagner: Waschmittel - Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 3-527-64366-4, S. 100 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  34. ↑ Natron - Gesundheit, Backen und Reinigen: 7 tolle Natron-Tricks, Stand 11. Juli 2022. IN: br.de
  35. ↑ a b Christa Pöppelmann: SOS. Wie macht man das?: Was man wirklich können muss! Compact Verlag, 2010, ISBN 3-8174-7922-0 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  36. ↑ Soda, Natron, Essig - Diese Hausmittel ersetzen alle chemischen Reinigungsmittel, Stand 16. Sept. 2020. IN: br.de
  37. ↑ Softkill mit Soda, Artikel von Christoph Drösser auf Zeit Online, 30. April 2009, abgerufen am 16. Juni 2013.
  38. ↑ Georg Schwedt: Noch mehr Experimente mit Supermarktprodukten: Das Periodensystem als Wegweiser. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 3-527-66139-5 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  39. ↑ Bauanleitungen zum Thema Aquarium und Aquaristik: PH-Wert & KH mit Natron erhöhen (Memento vom 17. Mai 2014 im Internet Archive), abgerufen am 17. Mai 2014
  40. ↑ auer-verlag.de: Die Brausepulverrakete, abgerufen am 4. Oktober 2015.
  41. ↑ E. M. Makhatha, L. S. Patience: Leaching of Uranium from Coal by Alkaline and mixture of Sodium Carbonate and Sodium Bi-Carbonate. 11. Oktober 2018, abgerufen am 6. September 2020 (englisch).
  42. ↑ In Situ Leach Mining (ISL) of Uranium - World Nuclear Association. Abgerufen am 5. September 2020.
  43. ↑ Bikarbonatbatterie, S. E. Miederer, Fortschr Med.1994,Jun 10; 112(16):235–8, PubMed
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