碳酸钠晶体的化学式

我们先从最基础的说起。碳酸钠，化学式是 Na₂CO₃。这个很简单，两个钠原子，一个碳原子，三个氧原子，组合在一起。在工业上，人们管它叫“苏打”或者“纯碱”。注意，是“纯碱”，不是“烧碱”，烧碱是氢氧化钠，腐蚀性强多了。平时我们见到的纯碱，通常是白色的粉末。

但是，问题来了。标题问的是“碳酸钠晶体”的化学式。这里多了一个词，“晶体”。这个词是关键。

在化学里，当我们从溶液里结晶出一种物质时，有时候水分子会参与进来，被“锁”在晶体的结构里。这种被锁在晶体里的水，我们叫它“结晶水”。含有结晶水的物质，就叫水合物。

碳酸钠就是个典型的例子。如果你把无水碳酸钠（也就是那个白色粉末 Na₂CO₃）溶在水里，然后再让水慢慢蒸发，析出来的晶体，就不是纯的 Na₂CO₃ 了。它会带上很多水分子。

最常见、最稳定的碳酸钠晶体，它的化学式是 Na₂CO₃·10H₂O。

我们来拆解一下这个式子。
Na₂CO₃ 是碳酸钠本体。
H₂O 是水。
中间那个点“·”，不是乘号。它在化学式里是个分隔符，意思是“结合”。所以整个式子读作“十水合碳酸钠”。它的意思是，每一个 Na₂CO₃ 分子，在晶体结构里，都和十个水分子结合在一起。

这十个水分子不是随便沾在表面的。它们是晶体结构的一部分，就像是盖房子用的砖块和水泥，砖块是 Na₂CO₃，而这些水分子就像是特定位置的水泥，把整个结构稳定地搭建成特定的形状。所以，Na₂CO₃·10H₂O 是一种纯净物，它有固定的化学组成和确定的晶体形态。

你可能在超市里见过一种叫“洗涤碱”或者“Washing Soda”的东西，它就是这个十水合碳酸钠。它通常是比较大的、透明的、像冰糖一样的颗粒状晶体。而无水碳酸钠 Na₂CO₃ 则是细腻的白色粉末。这是它们外观上最大的区别。

这里有个很有趣的现象，能帮你更好地理解结晶水。

你把一块透明的十水合碳酸钠晶体（Na₂CO₃·10H₂O）放在干燥的空气里。过一段时间你再去看，会发现晶体表面出现了一层白色的粉末，而且晶体本身也变得不那么透明了。

这个过程，在化学上叫“风化”（Efflorescence）。

发生了什么？其实就是晶体里的结晶水，自己“跑”出来了。因为外面的空气太干燥了，晶体结构里的水分子待不住，就蒸发到空气里去了。当 Na₂CO₃·10H₂O 失去了结晶水，它的晶体结构就被破坏了，所以那个透明的大晶体就塌了，变成了白色的粉末。这些白色粉末，主要成分就变成了含结晶水更少的碳酸钠，比如一水合碳酸钠（Na₂CO₃·H₂O），甚至是无水碳酸钠（Na₂CO₃）。

这个现象反过来证明了，那十个水分子是晶体结构存在的前提。水一走，结构就垮了。

而且，碳酸钠的晶体还不止这一种。

Na₂CO₃·10H₂O 是最常见的，我们叫它十水合物。它通常在低于 32.4℃ 的条件下从水溶液中结晶出来。

如果结晶时的温度高一点，比如在 32.4℃ 到 35.4℃ 之间，你得到的晶体可能就不一样了。你会得到一种叫七水合碳酸钠的晶体，化学式是 Na₂CO₃·7H₂O。它的晶体结构和十水合物不同，每个 Na₂CO₃ 分子只带了七个水分子。但这个七水合物不太稳定。

如果温度再高一些，超过 35.4℃，那你得到的晶体就会是一水合碳酸钠，化学式是 Na₂CO₃·H₂O。

你看，结晶时的温度，直接决定了最后晶体里会锁住多少个水分子。这在化学上是很常见的。

那么，我们是怎么知道一个 Na₂CO₃ 到底带了十个水分子，而不是九个或者十一个呢？

这个可以通过一个很经典的化学实验来确定，叫“结晶水含量测定”。步骤很简单：

第一步，精确称量。取一些纯净的碳酸钠晶体（Na₂CO₃·10H₂O），放在一个叫“坩埚”的耐高温陶瓷容器里，用精度很高的天平称一下总重量，记下来。假设是 m1。

第二步，加热。把装有晶体的坩埚放在酒精灯或者马弗炉上加热。加热的目的是把晶体里的结晶水全部赶出来。你会看到晶体熔化，然后水分变成水蒸气跑掉。

第三步，持续加热并称量。加热一段时间后，把坩埚拿下来冷却，再称重。然后再放回去加热，再冷却，再称重。重复这个过程，直到连续两次称量的重量几乎完全一样。这就说明，所有的结晶水都已经跑光了，剩下的只有无水的 Na₂CO₃ 粉末。我们把这个最后的重量记下来，假设是 m2。

第四步，计算。
那么，跑掉的水的重量就是 m1 – m2。
剩下的无水碳酸钠的重量就是 m2。

接下来就是中学的化学计算了。
碳酸钠（Na₂CO₃）的摩尔质量是 106 克/摩尔。
水（H₂O）的摩尔质量是 18 克/摩尔。

我们就可以算出样品中碳酸钠的物质的量 n(Na₂CO₃) = m2 / 106。
以及水的物质的量 n(H₂O) = (m1 – m2) / 18。

最后，我们把这两个物质的量相除，算一下它们的比例：
n(H₂O) / n(Na₂CO₃)

如果你实验做得足够精确，这个比值会非常接近 10。这就用实验数据证明了，在这个晶体里，碳酸钠和水分子的个数比是 1:10。所以，化学式就是 Na₂CO₃·10H₂O。

所以，总结一下：

1. “碳酸钠”的化学式是 Na₂CO₃。它指的是不含结晶水的纯物质，形态是白色粉末。
2. “碳酸钠晶体”通常指的是“十水合碳酸钠”，化学式是 Na₂CO₃·10H₂O。它是碳酸钠和水在特定条件下形成的稳定水合物，形态是透明的大颗粒晶体。
3. 这个化学式里的点“·”表示结合，数字“10”代表一个碳酸钠单元在晶体里固定地结合了十个水分子。
4. 这些结晶水是晶体结构的一部分，一旦失去，晶体结构就会被破坏，这个过程叫“风化”。
5. 碳酸钠还有其他的水合物形式，比如 Na₂CO₃·7H₂O 和 Na₂CO₃·H₂O，具体形成哪一种，和结晶时的温度有关。

下次再有人问你碳酸钠的化学式，你就可以先反问一句：“你问的是无水粉末，还是那种晶体？”这样一下就显得你很懂了。因为你知道，这一个词的区别，背后代表的是完全不同的物质形态和化学构成。