Natriumchlorid für die Molekularbiologie

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Natriumchlorid – Kochsalz – NaCl

Natriumchlorid gemeinhin als Salz bekannt (obwohl Meersalz auch andere chemische Salze enthält), ist eine ionische Verbindung mit der chemischen Formel NaCl, die ein 1:1-Verhältnis von Natrium- und Chloridionen darstellt. Mit Molmassen von 22,99 bzw. 35,45 g/mol enthalten 100 g NaCl 39,34 g Na und 60,66 g Cl. Natriumchlorid ist das Salz, das am meisten für den Salzgehalt des Meerwassers und der extrazellulären Flüssigkeit vieler mehrzelliger Organismen verantwortlich ist. In seiner essbaren Form als Speisesalz wird es häufig als Gewürz und Konservierungsmittel für Lebensmittel verwendet. Natriumchlorid wird in vielen industriellen Prozessen in großen Mengen verwendet und ist eine wichtige Quelle für Natrium- und Chlorverbindungen, die als Ausgangsmaterial für weitere chemische Synthesen dienen. Eine weitere wichtige Anwendung von Natriumchlorid ist die Enteisung von Fahrbahnen bei Minusgraden.

Verwendungen

Neben den bekannten häuslichen Verwendungszwecken von Salz werden die rund 250 Millionen Tonnen, die jährlich produziert werden, vor allem für chemische Zwecke und zum Auftauen verwendet.

Chemische Funktionen

Salz wird direkt oder indirekt bei der Herstellung zahlreicher Chemikalien verwendet, die den größten Teil der Weltproduktion verbrauchen.

Chlor-Alkali-Industrie

Es ist der Ausgangspunkt für den Chloralkaliprozess, das industrielle Verfahren zur Herstellung von Chlor und Natriumhydroxid nach der folgenden chemischen Gleichung

2 NaCl + 2 H2O → Elektrolyse → Cl2 + H2 + 2 NaOH

Diese Elektrolyse wird entweder in einer Quecksilberzelle, einer Diaphragmazelle oder einer Membranzelle durchgeführt. Jede dieser Zellen verwendet eine andere Methode, um das Chlor vom Natriumhydroxid zu trennen. Aufgrund des hohen Energieverbrauchs der Elektrolyse werden derzeit andere Technologien entwickelt, wobei sich kleine Verbesserungen des Wirkungsgrads wirtschaftlich stark auszahlen können. Zu den Anwendungen von Chlor gehören die Herstellung von PVC-Thermoplasten, Desinfektionsmitteln und Lösungsmitteln.

Natriumhydroxid wird in vielen verschiedenen Industriezweigen eingesetzt und ermöglicht die Herstellung von Papier, Seife, Aluminium usw.

Soda-Industrie

Natriumchlorid wird im Solvay-Verfahren zur Herstellung von Natriumcarbonat und Calciumchlorid verwendet. Natriumcarbonat wiederum wird zur Herstellung von Glas, Natriumbicarbonat und Farbstoffen sowie einer Vielzahl anderer Chemikalien verwendet. Beim Mannheimer Verfahren wird Natriumchlorid für die Herstellung von Natriumsulfat und Salzsäure verwendet.

Norm

Für Natriumchlorid gibt es eine internationale Norm, die von ASTM International erstellt wurde. Die Norm heißt ASTM E534-13 und ist die Standardtestmethode für die chemische Analyse von Natriumchlorid. Die aufgeführten Methoden bieten Verfahren zur Analyse von Natriumchlorid, um festzustellen, ob es für den vorgesehenen Einsatz und die vorgesehene Anwendung geeignet ist.

Verschiedene industrielle Verwendungen

Natriumchlorid wird in großem Umfang verwendet, so dass selbst relativ kleine Anwendungen große Mengen verbrauchen können. In der Erdöl- und Erdgasexploration ist Salz ein wichtiger Bestandteil von Bohrflüssigkeiten bei Bohrungen. Es wird zur Ausflockung und Erhöhung der Dichte der Bohrspülung verwendet, um den hohen Gasdruck im Bohrloch zu überwinden. Wenn ein Bohrer auf eine Salzformation trifft, wird der Bohrspülung Salz zugesetzt, um die Lösung zu sättigen und die Auflösung innerhalb der Salzschicht zu minimieren. Salz wird auch verwendet, um die Aushärtung von Beton in zementierten Gehäusen zu beschleunigen.

In der Textil- und Färberei wird Salz als Salzspülung verwendet, um organische Verunreinigungen abzutrennen, das "Aussalzen" von Farbstoffausfällungen zu fördern und mit konzentrierten Farbstoffen zu mischen, um sie zu standardisieren. Eine seiner Hauptaufgaben besteht darin, die positive Ionenladung bereitzustellen, um die Absorption der negativ geladenen Ionen von Farbstoffen zu fördern.

Es wird auch bei der Verarbeitung von Aluminium, Beryllium, Kupfer, Stahl und Vanadium verwendet. In der Zellstoff- und Papierindustrie wird Salz zum Bleichen von Holzzellstoff verwendet. Es wird auch zur Herstellung von Natriumchlorat verwendet, das zusammen mit Schwefelsäure und Wasser zur Herstellung von Chlordioxid, einer hervorragenden Bleichchemikalie auf Sauerstoffbasis, eingesetzt wird. Das Chlordioxidverfahren, das nach dem Ersten Weltkrieg in Deutschland entwickelt wurde, erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da die Umwelt darauf drängt, chlorhaltige Bleichmittel zu reduzieren oder zu eliminieren. Beim Gerben und bei der Lederbehandlung wird Salz den Tierhäuten zugesetzt, um die mikrobielle Aktivität auf der Unterseite der Häute zu hemmen und die Feuchtigkeit in die Häute zurückzuholen.

In der Gummiherstellung wird Salz zur Herstellung von Buna, Neopren und weißem Gummi verwendet. Salzsole und Schwefelsäure werden verwendet, um einen emulgierten Latex aus chloriertem Butadien zu koagulieren.

Salz wird auch zugesetzt, um den Boden zu sichern und dem Fundament, auf dem Autobahnen gebaut werden, Festigkeit zu verleihen. Das Salz verringert die Auswirkungen von Verschiebungen im Untergrund, die durch Veränderungen der Feuchtigkeit und der Verkehrsbelastung verursacht werden.

Natriumchlorid wird aufgrund seiner hygroskopischen Eigenschaften manchmal als billiges und sicheres Trockenmittel verwendet, was das Salzen in der Vergangenheit zu einer wirksamen Methode der Lebensmittelkonservierung machte; das Salz entzieht den Bakterien durch osmotischen Druck Wasser und hindert sie so an der Vermehrung, einer der Hauptursachen für den Verderb von Lebensmitteln. Es gibt zwar wirksamere Trocknungsmittel, aber nur wenige sind für den Menschen unbedenklich.

Wasserenthärtung

Hartes Wasser enthält Kalzium- und Magnesiumionen, die die Wirkung von Seife beeinträchtigen und zur Bildung von Kesselstein oder einem Film aus alkalischen Mineralablagerungen in Haushalts- und Industriegeräten und -leitungen beitragen. In gewerblichen und privaten Wasserenthärtungsanlagen werden Ionenaustauscherharze verwendet, um die härteverursachenden Ionen zu entfernen. Diese Harze werden mit Natriumchlorid hergestellt und regeneriert.

Streusalz
Die zweite wichtige Anwendung von Salz ist die Enteisung und Vereisung von Straßen, sowohl in Streugutbehältern als auch bei der Ausbringung durch Winterdienstfahrzeuge. Vor dem Schneefall werden die Straßen am besten mit Sole (konzentrierte Salzlösung in Wasser) "enteist", was die Verbindung zwischen dem Schneeeis und der Straßenoberfläche verhindert. Durch dieses Verfahren wird der starke Einsatz von Salz nach dem Schneefall überflüssig. Zum Auftauen werden Mischungen aus Sole und Salz verwendet, manchmal mit zusätzlichen Mitteln wie Kalziumchlorid und/oder Magnesiumchlorid. Die Verwendung von Salz oder Sole wird unterhalb von -10 °C (14 °F) unwirksam.

Das Streusalz im Vereinigten Königreich stammt überwiegend aus einer einzigen Mine in Winsford in Cheshire. Vor der Verteilung wird es mit <100 ppm Natriumferrocyanid als Antibackmittel gemischt, das dafür sorgt, dass das Steinsalz trotz der Lagerung vor der Verwendung ungehindert aus den Streufahrzeugen fließen kann. In den letzten Jahren wurde dieser Zusatzstoff auch in Speisesalz verwendet. Andere Zusatzstoffe wurden im Streusalz verwendet, um die Gesamtkosten zu senken. So wurde in den USA eine Kohlenhydratlösung, die als Nebenprodukt bei der Zuckerrübenverarbeitung anfällt, mit Steinsalz gemischt und haftete auf der Straßenoberfläche um 40 % besser als loses Steinsalz allein. Da es länger auf der Straße blieb, musste die Behandlung nicht mehrmals wiederholt werden, was Zeit und Geld sparte.

In der physikalischen Chemie liegt der minimale Gefrierpunkt eines Wasser-Salz-Gemisches bei -21,12 °C (-6,02 °F) für 23,31 Gew.-% Salz. Das Gefrieren in der Nähe dieser Konzentration ist jedoch so langsam, dass der eutektische Punkt von -22,4 °C (-8,3 °F) bei etwa 25 Gew.-% Salz erreicht werden kann.

Auswirkungen auf die Umwelt
Streusalz gelangt in Süßwasserkörper und kann Wasserpflanzen und -tiere schädigen, indem es ihre Osmoregulationsfähigkeit stört. Das allgegenwärtige Salz stellt ein Problem bei der Anwendung von Küstenanstrichen dar, da die eingeschlossenen Salze große Probleme bei der Haftung verursachen. Schifffahrtsbehörden und Schiffsbauer überwachen die Salzkonzentrationen auf den Oberflächen während des Baus. Die maximalen Salzkonzentrationen auf den Oberflächen hängen von der Behörde und der Anwendung ab. Am häufigsten wird die IMO-Verordnung verwendet, die den Salzgehalt auf maximal 50 mg/m2 lösliche Salze, gemessen als Natriumchlorid, festlegt. Diese Messungen werden mittels eines Bresle-Tests durchgeführt. Die Versalzung (zunehmender Salzgehalt, auch als Süßwasserversalzungssyndrom bezeichnet) und die daraus resultierende verstärkte Metallauswaschung ist ein ständiges Problem in den nordamerikanischen und europäischen Süßwasserläufen.

Bei der Enteisung von Autobahnen wurde Salz mit der Korrosion von Brückendecks, Kraftfahrzeugen, Bewehrungsstäben und -drähten sowie ungeschützten Stahlkonstruktionen im Straßenbau in Verbindung gebracht. Oberflächenabfluss, das Sprühen von Fahrzeugen und Windverwehungen beeinträchtigen auch den Boden, die Vegetation am Straßenrand und die örtlichen Oberflächen- und Grundwasservorräte. Obwohl während der Spitzenbelastungen Anzeichen für eine Belastung der Umwelt durch Salz gefunden wurden, verdünnen die Regenfälle und das Tauwetter im Frühjahr in der Regel die Natriumkonzentrationen in dem Gebiet, in dem das Salz ausgebracht wurde. Eine Studie aus dem Jahr 2009 ergab, dass etwa 70 % des im Großraum Minneapolis-St. Paul ausgebrachten Streusalzes im örtlichen Wassereinzugsgebiet zurückgehalten wird.

Substitution

Einige Behörden ersetzen Streusalz durch Bier, Melasse und Rübensaft. Fluggesellschaften verwenden zum Auftauen mehr Glykol und Zucker als Salzlösungen.

Lebensmittelindustrie und Landwirtschaft

Viele Mikroorganismen können in einer salzhaltigen Umgebung nicht leben: Ihren Zellen wird durch Osmose Wasser entzogen. Aus diesem Grund wird Salz zur Konservierung einiger Lebensmittel wie Speck, Fisch oder Kohl verwendet.
Salz wird Lebensmitteln entweder vom Hersteller oder vom Verbraucher als Geschmacksverstärker, Konservierungsmittel, Bindemittel, Gärungshemmer, Texturkontrollmittel und Farbentwickler zugesetzt. Der Salzverbrauch in der Lebensmittelindustrie ist in absteigender Reihenfolge des Verbrauchs unterteilt in sonstige Lebensmittelverarbeitung, Fleischverarbeitung, Konservenherstellung, Backen, Milchprodukte und Getreidemühlen. Salz wird zugesetzt, um die Farbentwicklung von Speck, Schinken und anderen verarbeiteten Fleischprodukten zu fördern. Als Konservierungsmittel hemmt Salz das Wachstum von Bakterien. In Wurstwaren bildet Salz als Bindemittel ein Gel, das sich aus Fleisch, Fett und Feuchtigkeit zusammensetzt. Salz wirkt auch als Geschmacksverstärker und als Weichmacher.

In vielen Molkereibetrieben wird dem Käse Salz als Farb-, Fermentations- und Texturkontrollmittel zugesetzt. Der Teilsektor Molkereiprodukte umfasst Unternehmen, die Molkereibutter, Kondens- und Kondensmilch, gefrorene Desserts, Eiscreme, Natur- und Schmelzkäse sowie spezielle Molkereiprodukte herstellen. In der Konservenindustrie wird Salz hauptsächlich als Geschmacksverstärker und Konservierungsmittel eingesetzt. Es wird auch als Trägerstoff für andere Zutaten, als Trocknungsmittel, Enzyminhibitor und Weichmacher verwendet. Beim Backen wird Salz zugesetzt, um die Gärungsgeschwindigkeit des Brotteigs zu steuern. Außerdem wird es zur Stärkung des Glutens (des elastischen Eiweiß-Wasser-Komplexes in bestimmten Teigen) und als Geschmacksverstärker, z. B. als Topping auf Backwaren, verwendet. Die Kategorie Lebensmittelverarbeitung umfasst auch Getreidemühlenprodukte. Diese Produkte bestehen aus dem Mahlen von Mehl und Reis und der Herstellung von Frühstücksflocken und gemischtem oder zubereitetem Mehl. Salz wird auch als Würzmittel verwendet, z. B. in Kartoffelchips, Brezeln, Katzen- und Hundefutter.

Natriumchlorid wird in der Veterinärmedizin als Brechmittel verwendet. Es wird als warme, gesättigte Lösung verabreicht. Erbrechen kann auch durch die Verabreichung einer kleinen Menge einfachen Salzes oder von Salzkristallen im Rachen ausgelöst werden.

Medizin

Natriumchlorid wird zusammen mit Wasser als eine der wichtigsten Lösungen für die intravenöse Therapie verwendet. Nasenspray enthält oft eine Kochsalzlösung.

Brandbekämpfung

Natriumchlorid ist das Hauptlöschmittel in Feuerlöschern (Met-L-X, Super D), die bei brennbaren Metallbränden wie Magnesium-, Kalium-, Natrium- und NaK-Legierungen (Klasse D) eingesetzt werden. Dem Gemisch wird thermoplastisches Pulver zugesetzt, das zusammen mit wasserabweisenden (Metallstearate) und verbackungshemmenden Materialien (Tricalciumphosphat) das Löschmittel bildet. Wenn es auf das Feuer aufgebracht wird, wirkt das Salz wie ein Kühlkörper, der die Hitze des Feuers ableitet, und bildet außerdem eine sauerstoffausschließende Kruste, die das Feuer erstickt. Der Kunststoffzusatz schmilzt und hilft der Kruste, ihre Integrität zu bewahren, bis das brennende Metall unter seine Entzündungstemperatur abgekühlt ist. Diese Art von Feuerlöscher wurde in den späten 1940er Jahren als patronenbetriebenes Gerät erfunden, obwohl heute auch Versionen mit gespeichertem Druck beliebt sind. Übliche Größen sind 14 kg tragbare und 160 kg fahrbare Geräte.

Reiniger

Mindestens seit dem Mittelalter verwenden die Menschen Salz als Reinigungsmittel, das sie auf Haushaltsoberflächen reiben. Es wird auch in vielen Shampoo- und Zahnpastamarken verwendet und wird gerne zum Enteisen von Einfahrten und Eisflächen eingesetzt.

Optische Verwendung

Defektfreie NaCl-Kristalle haben eine optische Durchlässigkeit von etwa 90 % für infrarotes Licht, insbesondere zwischen 200 nm und 20 µm. Sie wurden daher für optische Komponenten (Fenster und Prismen) verwendet, die in diesem Spektralbereich arbeiten, in dem es nur wenige nicht absorbierende Alternativen gibt und in dem die Anforderungen an das Fehlen mikroskopischer Inhomogenitäten weniger streng sind als im sichtbaren Bereich. NaCl-Kristalle sind zwar preiswert, aber weich und hygroskopisch - wenn sie der Umgebungsluft ausgesetzt werden, bilden sie allmählich eine "Reifschicht". Dies beschränkt die Anwendung von NaCl auf trockene Umgebungen, vakuumversiegelte Montagebereiche oder für kurzfristige Anwendungen wie die Herstellung von Prototypen. Heutzutage werden für den Infrarot-Spektralbereich anstelle von NaCl Materialien wie Zinkselenid (ZnSe) verwendet, die mechanisch stabiler und weniger feuchtigkeitsempfindlich sind.

Chemie

In festem Natriumchlorid ist jedes Ion von sechs Ionen mit entgegengesetzter Ladung umgeben, wie es aus elektrostatischen Gründen zu erwarten ist. Die umgebenden Ionen befinden sich an den Eckpunkten eines regelmäßigen Oktaeders. In der Sprache des Close-Packing sind die größeren Chlorid-Ionen (167 pm groß) in einer kubischen Anordnung angeordnet, während die kleineren Natrium-Ionen (116 pm) alle kubischen Lücken (oktaedrische Hohlräume) zwischen ihnen ausfüllen. Diese Grundstruktur findet sich auch in vielen anderen Verbindungen und ist gemeinhin als Halit- oder Steinsalzkristallstruktur bekannt. Sie kann als kubisch-flächenzentriertes (fcc) Gitter mit einer zweiatomigen Basis oder als zwei sich gegenseitig durchdringende kubisch-flächenzentrierte Gitter dargestellt werden. Das erste Atom befindet sich an jedem Gitterpunkt, und das zweite Atom befindet sich auf halbem Weg zwischen den Gitterpunkten entlang der Kante der fcc-Einheitszelle.

Festes Natriumchlorid hat einen Schmelzpunkt von 801 °C. Die Wärmeleitfähigkeit von Natriumchlorid als Funktion der Temperatur hat ein Maximum von 2,03 W/(cm K) bei 8 K (-265,15 °C; -445,27 °F) und sinkt auf 0,069 bei 314 K (41 °C; 106 °F). Sie nimmt auch mit der Dotierung ab.

Die Anziehungskraft zwischen den Na+- und Cl--Ionen im Festkörper ist so stark, dass sich NaCl nur in hochpolaren Lösungsmitteln wie Wasser gut auflösen lässt.

Beim Auflösen in Wasser zerfällt das Natriumchloridgerüst, da die Na+- und Cl--Ionen von polaren Wassermolekülen umgeben sind. Diese Lösungen bestehen aus einem Metall-Aquo-Komplex mit der Formel [Na(H2O)8]+, mit einem Na-O-Abstand von 250 pm. Die Chloridionen sind ebenfalls stark solvatisiert, wobei jedes von durchschnittlich sechs Wassermolekülen umgeben ist. Lösungen von Natriumchlorid haben ganz andere Eigenschaften als reines Wasser. Der eutektische Punkt liegt bei -21,12 °C (-6,02 °F) für 23,31 % Massenanteil des Salzes, und der Siedepunkt einer gesättigten Salzlösung liegt bei 108,7 °C (227,7 °F). Aus kalten Lösungen kristallisiert das Salz als Dihydrat NaCl-2H2O.

pH-Wert von Natriumchloridlösungen

Der pH-Wert einer Natriumchloridlösung bleibt aufgrund der extrem schwachen Basizität des Cl-Ions, das die konjugierte Base der starken Säure HCl ist, ≈7. Mit anderen Worten: In verdünnten Lösungen, in denen die Auswirkungen der Ionenstärke und der Aktivitätskoeffizienten vernachlässigbar sind, hat NaCl keine Auswirkungen auf den pH-Wert des Systems.

Unerwartete stabile stöchiometrische Varianten

Kochsalz hat ein 1:1-Molverhältnis von Natrium und Chlor. Im Jahr 2013 wurden Verbindungen von Natrium und Chlorid mit unterschiedlichen Stöchiometrien entdeckt; fünf neue Verbindungen wurden vorhergesagt (z. B. Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, NaCl3 und NaCl7). Die Existenz einiger von ihnen wurde bei hohem Druck experimentell bestätigt: kubisches und orthorhombisches NaCl3 und zweidimensionales metallisches tetragonales Na3Cl. Dies zeigt, dass in einfachen Systemen unter Nicht-Ambient-Bedingungen Verbindungen möglich sind, die der chemischen Intuition widersprechen.

Vorkommen

Der größte Teil des weltweiten Salzes ist in den Ozeanen gelöst. Eine geringere Menge findet sich in der Erdkruste als wasserlösliches Mineral Halit (Steinsalz), und eine winzige Menge existiert als schwebende Meersalzpartikel in der Atmosphäre. Diese Partikel sind die dominierenden Wolkenkondensationskerne weit draußen auf dem Meer, die die Bildung von Wolken in ansonsten unverschmutzter Luft ermöglichen.

Herstellung

Salz wird derzeit in großem Umfang durch Verdunstung von Meerwasser oder Sole aus Solebrunnen und Salzseen gewonnen. Auch die Gewinnung von Steinsalz ist eine wichtige Quelle. China ist der größte Salzlieferant der Welt. Im Jahr 2017 wurde die Weltproduktion auf 280 Millionen Tonnen geschätzt, wobei die fünf größten Produzenten (in Millionen Tonnen) China (68,0), die Vereinigten Staaten (43,0), Indien (26,0), Deutschland (13,0) und Kanada (13,0) sind. Salz ist auch ein Nebenprodukt des Kaliumbergbaus.

FAQs

Was ist die CAS-Nummer von Natriumchlorid?

Die CAS-Nummer von Natriumchlorid ist 7647-14-5.

CAS-Natriumchlorid?

Die CAS-Nummer von Natriumchlorid ist 7647-14 -5.

CAS 7647-14-5?

Die CAS-Nummer 7647-14-5 ist Natriumchlorid zugeordnet.