Natriumhydrogencarbonat

Strukturformel
Allgemeines
Name	Natriumhydrogencarbonat
Andere Namen	Natriumhydrogenkarbonat Natron doppeltkohlensaures Natron Natriumbicarbonat Natriumbikarbonat Bikarbonat Backsoda Bullrich-Salz E 500ii
Summenformel	NaHCO3
Kurzbeschreibung	farbloser, geruchloser, kristalliner Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 144-55-8 ECHA-InfoCard 100.005.122 PubChem 516892 DrugBank DB01390 Wikidata Q179731
Eigenschaften
Molare Masse	84,01 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	2,22 g·cm−3 (20 °C)
Schmelzpunkt	Zersetzung ab 50 °C
pKS-Wert	10,33 6,35 (pKs-Wert von H2CO3)
Löslichkeit	mäßig in Wasser (96 g·l−1 bei 20 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Toxikologische Daten	4220 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−950,8 kJ/mol
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Natriumhydrogencarbonat (Trivialname: Natron) hat die Summenformel NaHCO₃, ist ein Natriumsalz der Kohlensäure und zählt zu den Hydrogencarbonaten. Die Verbindung sollte nicht mit Natriumcarbonat (Soda, Summenformel Na₂CO₃) verwechselt werden. Gelegentlich werden für Natriumhydrogencarbonat auch die veralteten und chemisch unzutreffenden Trivialnamen doppeltkohlensaures Natron und Natriumbicarbonat verwendet. Im Handel wird die Verbindung auch unter den Bezeichnungen Speisesoda, Backsoda, Speisenatron sowie den Markennamen Bullrich-Salz und Kaiser Natron angeboten.

Etymologie

Der Begriff des Natrons existiert seit Beginn der Neuzeit im Deutschen, zuerst in der Form (der) niter, entlehnt über französisch (le) nitre, das wiederum aus lateinisch nitrum, und das aus griechisch nítron (νίτρον) (Herodot; attisch lítron (λίτρον)). Das Griechische greift ein Wort auf, das seit dem 2. Jahrtausend vor Christus in ganz Vorderasien verbreitet war und das Natron bezeichnete. Die heute vorkommenden Begriffe Nitrat, Nitrit, Nitro und dergleichen schöpfen aus dieser Linie.

Im späten 18. Jahrhundert wird diese Form im Deutschen und anderen europäischen Sprachen durch Natron ersetzt, das direkt aus arabisch anatrūn als anatron entlehnt wurde. Der darin enthaltene arabische Artikel wurde später gestrichen. Der Name des Elements Natrium ist davon abgeleitet.

Bereits im Wörterbuch der ägyptischen Sprache wurden vor einem knappen Jahrhundert griechisch nítron (νίτρον) und hebräisch neter mit dem altägyptischen Natronwort 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.

Ägyptisch nṯr.j bedeutet als Natronwort jedoch nicht 'göttlich' und bezeichnet auch das Natron nicht als göttliche Substanz, wie häufig zu lesen ist. Alle Gegenstände und Substanzen der Vorbereitung des Leichnams für das Begräbnis und der Mumifizierung heißen grundsätzlich nṯr.j, zum Beispiel auch Mumienbinden und Mumifizierungsgeräte, also 'zum Begräbnis gehörende Sache'.

Vorkommen

Natriumhydrogencarbonat kommt als natürliches Mineral Nahcolith 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.

Herstellung

Natriumhydrogencarbonat

Umsetzung von gesättigter Natriumcarbonatlösung mit Kohlenstoffdioxid unter Kühlung:

$\mathrm {Na_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O\longrightarrow 2\ NaHCO_{3}\downarrow }$

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).

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

Eigenschaften

Natriumhydrogencarbonat ist ein farbloser, kristalliner Feststoff, der sich oberhalb einer Temperatur von 50 °C unter Abspaltung von Wasser und Kohlenstoffdioxid zu Natriumcarbonat zersetzt.

$\mathrm {2\ NaHCO_{3}\longrightarrow Na_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O}$

In Wasser löst es sich im Unterschied zu Soda mit nur schwach alkalischer Reaktion.

$\mathrm {HCO_{3}^{-}+HOH\leftrightharpoons HOH+CO_{2}+OH^{-}}$

Natriumhydrogencarbonat besitzt eine monokline Kristallstruktur mit der Raumgruppe P2₁/c. Die Verbindung bildet Mischkristalle mit Natriumcarbonat.

Verwendung von Natron

Natriumhydrogencarbonat wird hauptsächlich zur Herstellung von Backpulver und Brausepulver verwendet. Die weltweite Produktionsmenge liegt im 100.000-Tonnen-Maßstab.

Die Verbindung findet allgemein vielfältige Anwendung:

• In der Lebensmitteltechnik
  • Bestandteil von Backpulvern bzw. Triebmittel
  • Bestandteil von Brausepulvern
• In der Sportlerernährung
  • bei geeigneter Anwendung und Dosierung bei gesunden, trainierten und nicht mangelernährten Menschen kann ein positiver Effekt auf die Ausdauer für belegt oder wahrscheinlich angesehen werden
• In der Medizin
  • zum Zähneputzen (Natron bzw. baking soda ist wegen seines abrasiven Effekts in vielen Zahnpasten enthalten, vor allem in Ländern wie den USA)
  • als Mittel gegen Sodbrennen wegen der Neutralisationswirkung unter Bildung von ungiftigen Reaktionsprodukten (CO₂ und Wasser); gilt heute als veraltet (siehe Antazidum, Protonenpumpenhemmer). NaHCO₃ ist dennoch in vielen Produkten gegen Sodbrennen und säurebedingte Magenprobleme enthalten. Beispielsweise besteht das Bullrich-Salz zu 100 % aus Natriumhydrogencarbonat.
  • als Antidot bei Vergiftungen durch Barbiturate, Salicylate und Trizyklische Antidepressiva
  • als Puffersubstanz zum Ausgleich des Basendefizites bei der Hämodialyse (Azidosekorrektur). Bei der sogenannten "Bicarbonatdialyse" ist Natriumhydrogencarbonat der wohl wichtigste Bestandteil des Dialysats. Im Gegensatz zu Acetat oder Lactat muss NaHCO₃ nicht erst verstoffwechselt werden, um seine Wirkung zu entfalten. Weltweit ist es wegen seiner Vorteile für das Herz- Kreislaufsystem die am häufigsten eingesetzte Puffersubstanz bei der Hämodialyse. Ausserdem kommt es bei diesem Verfahren seltener zu Blutdruckabfällen, Übelkeit und Krämpfen.
  • zur Behandlung der metabolischen Azidose und Hyperkaliämie
  • Laut Schüßler-Salzen bei Insektenstichen
• In der Luftfahrttechnik
  • zur Hitzeabsorption und zur Schaffung einer brandhemmenden Atmosphäre in Flugschreibern
• In der Umwelttechnik
  • als Absorptionsmittel für saure Abgasbestandteile (SO_x, Cl) 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 Steinhauer’s Mehltauschreck
  • als pH-Wert-Puffer in der Milchviehfütterung
  • als Käsereifungsmittel (pH-Abstumpfung, bei der Sauermilchkäserei) und zur Verzögerung der Milchgerinnung
• Bestandteil von Feuerlöschpulvern (Abgabe von CO₂ bei Erhitzung)
• zum Strecken von synthetischen Drogen wie Amphetamin sowie zur Herstellung von Crack aus Kokain
• Im Haushalt
  • als Bestandteil von Feinwaschmitteln
  • als Putzmittel zum Entfernen verkrusteter Speisereste: Den Topfboden mit Natron überpudern, stehen lassen und mit Wasser aufkochen. Geeignet für Edelstahl- und Emailletöpfe, Thermoskannen, Teekannen, Blumenvasen.
  • Eine Prise Natron im Kochwasser lässt Erbsen, Linsen und Bohnen schneller weich werden und nimmt verschiedenen Kohlsorten die blähende Wirkung.
  • Als Beigabe zum fertigen Käsefondue macht es dieses leichter bekömmlich und luftig.
  • Es neutralisiert Gerüche: Mundgeruch, Abflussrohre, muffige Schuhe, Kühlschrank, Katzentoilette, Kleintierkäfige.
  • Als biologisches Mittel gegen Ameisenplagen: 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.
  • Überschüssige Säure in Lebensmitteln wird durch Natron neutralisiert oder abgeschwächt. 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.

Bei der Zugabe von Natriumhydrogencarbonat werden aus hartem Wasser Calcium- und Magnesiumionen als Carbonate ausgefällt:

$\mathrm {Ca^{2+}+SO_{4}^{2-}+2\ NaHCO_{3}\longrightarrow CaCO_{3}+2\ Na^{+}+SO_{4}^{2-}+H_{2}O+CO_{2}}$

Dies gelingt wegen des Gleichgewichtes zwischen Carbonat- und Hydrogencarbonat-Ionen jedoch nur unvollständig.

• In der Aquaristik
  • Erhöhung der Pufferkapazität zur Verhinderung eines Säuresturzes
  • Anhebung des KH-Wertes in der Meerwasseraquaristik

• In Spielzeugraketen dient es zusammen mit Essig oder Zitronensäure als Treibstoff.
• Im Modellbau kann man bei einem Diorama Schnee darstellen, es dient hier als preiswerte Alternative zu dem im Fachhandel als "Modellschnee" angebotenen Produkten. Man streut es oft auf noch feuchten Klarlack oder Holzleim.

Biologische Bedeutung

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

$\mathrm {NaHCO_{3(aq)}+HCl_{(aq)}\longrightarrow NaCl_{(aq)}+CO_{2(g)}+H_{2}O}$

Natriumhydrogencarbonat und Salzsäure reagieren zu Natriumchlorid, Kohlenstoffdioxid und Wasser.

Die Möglichkeit, Säuren durch HCO₃⁻ zu neutralisieren, ist für den Körper überlebenswichtig.

• 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, deren 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. 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 Duodenum durch Einspeisung des Sekretes der Bauchspeicheldrüse, welches unter anderem ebenfalls – wie der im Magen abgegebene Schleim – HCO₃⁻ enthält.

• Hydrogencarbonat HCO₃⁻ ist der wichtigste Blutpuffer zur Regulierung des Säure-Basen-Haushalts des Menschen.

Weblinks

Commons: Natriumhydrogencarbonat – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien