Natriumsulfat

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz , Michael Steiger, Tim Müller, Amelie Stahlbuhk
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Abstract

Die verschiedenen Phasen des Natriumsulfats sollen vorgestellt werden, sowie das Verhalten beispielsweise bezüglich Löslichkeit und Hygroskopizität.

Phasen und Hydratformen

Bei den vier Phasen des Natriumsulfats sind lediglich zwei stabil. Die weiteren beiden Phasen sind metastabil, wurden aber ebenfalls beobachtet.
Thenardit Na₂SO₄
Natriumsulfat Phase III Na₂SO₄ metastabil
Natriumsulfat-Heptahydrat Na₂SO₄•7H₂O metastabil
Mirabilit Na₂SO₄•10H₂O

Löslichkeit

Abbildung 1: Löslichkeiten im System Na₂SO₄-H₂O in Abhängigkeit der Temperatur. Aufgetragen ist die Molalität m [n(Na₂SO₄•xH₂O)•kg(H₂O)^-1] gegen die Temperatur, wobei die Gleichgewichte der verschiedenen Phasen durch unterschiedliche Farben der Kurven gekennzeichnet sind. Gestrichelte Kurven markieren metastabile Gleichgewichte. Nach [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
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Die Phasen des Natriumsulfats gehören zu den leichtlöslichen Salzen und weisen somit eine hohe Mobilität in porösen Materialien auf. Die Löslichkeit der verschiedenen Phasen ist stark temperaturabhängig, wie es auch aus der Abbildung 1 hervorgeht. Darüber hinaus ist ersichtlich, dass Mirabilit nur bis zu einer Temperatur von 32,4 °C stabil ist. Bei höheren Temperaturen ist Thenardit die stabile kristalline Phase. Unterhalb dieser Umwandlungstemperatur ist widerum Thenardit metastabil. Bei einem Temperaturabfall einer in Bezug auf Thenardit gesättigten Lösung kann es zu hohen Übersättigungen der Lösung bezüglch Mirabilit kommen und somit zur Kristallisation von Mirabilit, womit ein gewisses Schädigungspotezial einhergeht.

Tabelle 1: Löslichkeiten in mol/kg verschiedener Natriumsulfat-Phasen bei 20°C [nach [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
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Phase	Löslichkeit [mol/kg] bei 20°C
Thenardit	3,706
Natriumsulfat Phase III	4,428
Natriumsulfat-Heptahydrat	3,143
Mirabilit	1,353

Hygroskopizität

In Abbildung 2 sind das Deliqueszenzverhalten der Natriumsulfatphasen in Abhängigkeit der Temperatur, sowie die Gleichgewichtsfeuchten der Thenardit-Mirabilit-Umwandlung aufgezeigt. Auch hier ist die Temperaturabhängigkeit zu erkennen. So sinkt die Deliqueszenzfeuchte von Mirabilit mit steigender Temperatur, die von Thenardit steigt hingegen, wenn auch nur geringfügig, mit ansteigender Temperatur.

Abbildung 2: Deliqueszenzverhalten des Systems Na₂SO₄-H₂O in Abhängingkeit der Temperatur. Aufgetragen ist die Wasseraktivität a_w gegen die Temperatur. Deliqueszenzfeuchten der verschiedenen Phasen sind durch unterschiedliche Farben gekennzeichnet. Gestrichelte Kurven markieren metastabile Gleichgewichte. Die Gelichgewichtsfeuchten der Umwandlung Tehnardit/Mirabilit sind ebenfalls abgebildet. Nach [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
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Tabelle 2: Deliqueszenz- und Gleichgewichtsfeuchten bei 20 °C [nach [Steiger.etal:2008]Titel: Crystallization of sodium sulfate phases in porous materials: The phase diagram Na2SO4 -H2O and the generation of stress
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Asmussen, Sönke
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Betrachtete Phasenübergänge	Deliqueszenz-/Gleichgewichtsfeuchte bei 20°C
Natriumsulfat Phase III-Lösung	82,9 %
Thenardit-Lösung	86,6 %
Natriumsulfat-Heptahydrat-Lösung	89,1 %
Mirabilit-Lösung	95,6 %
Thenardit-Mirabilit	76,4 %

Salze und Salzschäden im Bild

Unter dem Polarisationsmikrokop

• Natriumsulfat-Kristalle zwischen zwei Objektträgern kristallisiert
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  in einfach polarisiertem Licht

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  mit gekreuzten Polarisatoren und Rot I

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  mit gekreuzten Polarisatoren

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  mit gekreuzten Polarisatoren und Rot I

• Natriumsulfat-Kristalle, kristallisiert aus wässriger Lösung von Realproben
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Konzentrationsangabe, bei der die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel angegeben wird. Die Einheit ist mol•kg^-1.

Als Phase wird ein stofflicher Zustand bezeichnet, der in sich, makroskopisch betrachtet, homogen ist.

Die Deliqueszenzfeuchte beschreibt die Höhe der relativen Luftfeuchte, oberhalb der z. B. ein Salz Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Lösung geht.

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).