Гідроксид натрію

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Гідроксид натрію
SodiumHydroxide.jpg
Sodium-hydroxide-crystal-3D-vdW.png
Назва за IUPAC Натрій гідроксид
Інші назви їдкий натр, їдкий натрій, гідроокис натрію, натрієвий луг, каустик, каустична сода
Ідентифікатори
Номер CAS 1310-73-2
Властивості
Молекулярна формула NaOH
Молярна маса 39,997 г/моль
Зовнішній вигляд білі кристали
Запах без запаху
Густина 2,13 г/см³[1]
1,77 г/см³ (350 °C, рідина)
Тпл 323 °C[1]
Ткип 1388 °C[1]
Розчинність (вода) 100 г/100 г H2O
Термохімія
Теплоємність, cop 3,24 Дж/(моль·K)
Пов'язані речовини
Інші аніони оксид натрію, хлорид натрію
Інші катіони гідроксид калію
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Гідрокси́д на́трію, натрій гідроксид — неорганічна сполука, гідроксид складу NaOH. Являє собою білі, непрозорі та дуже гігроскопічні кристали. Речовина добре розчинна у воді; при з'єднанні з водою виділяється велика кількість тепла.

Проявляє сильні лужні властивості. Значення pH 1%-го водного розчину становить 13.

Гідроксид натрію є токсичною сполукою, може також спричиняти корозію металів. Речовина застосовується у виробництві численних продуктів, зокрема, поверхнево-активних речовин, паперу, косметики, лікарських засобів.

Фізичні властивості[ред.ред. код]

Гідроксид натрію NaOH — біла тверда речовина. Залишений на повітрі їдкий натрій незабаром розпливається, так як притягує вологу з повітря. Речовина добре розчиняється у воді, при цьому виділяється велика кількість теплоти.

Розчинність NaOH у воді
Температура, °C 0 10 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100
Розчинність, %[2] 30 39 46 50 53 58 63 71 74 76 76 79

Розчинність в метанолі складає 23,6 г/л (при 28 °C), в етанолі  — 14,7 г/л (28 °C).

Розчин їдкого натру милкий на дотик.

Термодинаміка розчинів[ред.ред. код]

Ентальпія розчинення для нескінченно розведеного водного розчину складає −44,45 кДж/моль.

З водних розчинів кристалізуються гідрати:

  • при 12,3—61,8 °C — моногідрат NaOH·H2O (сингонія ромбічна, температура плавлення 65,1 °C; густина 1,829 г/см³;ΔH0утв −425,6 кДж/моль);
  • в інтервалі −28…−24 °C — гептагідрат NaOH·7H2O;
  • від −24 до −17,7 °C — пентагідрат NaOH·5H2O;
  • від −17,7 до −5,4 °C — тетрагідрат NaOH·4H2O (α-модифікація);
  • від −8,8 до 15,6 °C — NaOH·3,5Н2О (температура плавлення 15,5 °C).
  • від 0 °C до 12,3 °C — дигідрат NaOH·2H2O;

Отримання[ред.ред. код]

Виробництво соди

Історично першим методом отримання гідроксиду натрію була взаємодія соди Na2CO3 та гашеного водою вапна CaO:

\mathrm{ Na_2CO_3 + CaO + H_2O \rightarrow 2NaOH + CaCO_3 \downarrow}

Проведенню реакції сприяє перемішування та висока температура, тому її здійснювали у сталевих реакторах із мішалками. Після отримання продуктів, від продуктів відділяли малорозчинний карбонат кальцію та випарювали залишковий розчин гідроксиду натрію при 180 °C у чавунних ємностях без доступу повітря. Таким чином можна було отримати розчин концентрацією до 95%.

У 1892 році незалежно один від одного американський вчений Гамільтон Кастнер та австрієць Карл Кельнер відкрили спосіб отримання гідроксиду електролізом хлориду натрію, який широко розповсюджений у природі. Перебіг реакцій можна описати сумарним рівнянням:

\mathrm{ 2NaCl + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow}

Цей метод і донині є основним промисловим способом добування NaOH, однак деякі умови проведення синтезу зазнавали модифікацій. Зокрема, для запобігання протіканню реакцій між продуктами та вихідними речовинами різні етапи взаємодії проводять в окремих реакторах або ж розмежовуються. За цим критерієм розрізняють три основні методи: ртутний, діафрагменний та мембранний.

Ртутний процес[ред.ред. код]

В оригінальному методі синтезу NaOH в якості катоду використовується ртутний електрод. Потрапляючи на катод, іони натрію утворюють там рідкі амальгами змінного складу NaHgn:

\mathrm{ Na^+ + e^- + Hg_n \rightarrow NaHg_n}

Амальгами виділяються з реакційної системи і переводяться в іншу, де відбувається розкладання амальгами водою з утворенням гідроксиду натрію:

\mathrm{ 2NaHg_n + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2 \uparrow + 2Hg_n}

За цим методом утворюється розчин NaOH концентрацією 50—73% та практично чистий від забруднюючих домішок (хлору, хлориду натрію). Утворена в результаті розкладання ртуть повертається в електрод.

На аноді (графітовому чи іншому) відбувається окиснення хлорід-іонів з утворенням вільного хлору:

\mathrm{ 2Cl^- -2e^- \rightarrow Cl_2}

Окрім цього, мають місце також побічні реакції: окиснення гідроксид-іону та електрохімічне утворення хлорат-іону. Гідролізом отриманого хлору можуть утворюватися і незначні кількості гіпохлорит-іонів.

Діафрагменний процес[ред.ред. код]

У діафрагменному методі простір між катодом та анодом розмежований перегородкою, яка не пропускає розчини і гази, однак не перешкоджає проходженню електричного струму та міграції іонів. Зазвичай, в якості таких перегородок використовується азбестова тканина, пористі цементи, порцеляна тощо.

В анодний простір подається розчин NaCl: на аноді (графітовому або магнетитовому) відновлюються хлорид-іони, а катіони Na+ (та, частково, аніони Cl-) мігрують крізь діафрагму до катодного простору. Там катіони де сполучаються із гідроксид-іонами, утвореними відновленням води на залізному або мідному катоді:

\mathrm{ 2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-}
\mathrm{ Na^+ + OH^- \rightleftarrows NaOH }

З катодного простору в результаті виділяється суміш гідроксиду та хлориду натрію із вмістом NaOH 10—15% (та близько 18% NaCl). Шляхом випаровування вдається збільшити концентрацію гідроксиду до 50%, але вміст хлориду все одно залишається суттєвим. Для виділення хлориду з суміші, її обробляють рідким аміаком із утворенням легковідділюваного хлориду амонію (однак, цей спосіб є малопоширеним через високу вартість його проведення). Також застосовується метод, який полягає в охолодженні суміші та виділенні кристалів гідрату NaOH·3,5H2O, які в подальшому додатково дегідратують.

Мембранний процес[ред.ред. код]

Цей спосіб був розроблений у 1970-х роках компанією «DuPont» і вважається найбільш досконалим з існуючих. У мембранному процесі в реакторі встановлюється катіонообмінна мембрана, яка є проникною для іонів Na+, що рухаються у катодний простір, і пригнічує міграцію гідроксид-іонів, які мігрують у зворотньому напрямку — таким чином у катодному просторі збільшується концентрація складових NaOH. Економічно вигідною для синтезу вважається концентрація 30—35%, а новітні мембрани дозволяють збільшити це значення до 50%.

За цим методом хлорид натрію теоретично не утворюється, але проникнення хлорид-іонів крізь мембрану усе ж може мати місце.

Отримання твердого NaOH[ред.ред. код]

Твердий NaOH (каустична сода) отримують випарюванням його розчину до вмісту води менше за 0,5—1,5%. Спочатку 50%-ий розчин випарюють у вакуумі до концентрації 60%, а концентрацію 99% досягають із застосуванням теплоносіїв (суміш NaNO2, NaNO3, KNO3) за температури понад 400 °C: розчин подається насосом у розігріту камеру для випаровування, де відокремлюється решта води.

Марки[ред.ред. код]

Гідроксид натрію випускається у двох видах: твердому та рідкому. Тверда гранульована каустична сода являє собою білу тверду масу з розміром лусочок 0,5-2 см. Рідкий розчин каустичної соди — безбарвний. Комерційно важливими є розчини гідроксиду натрію із концентрацією у 50%.

Технічний їдкий натр випускають таких марок:

  • ТР — твердий ртутний;
  • ТД — твердий діафрагмовий (плавлений);
  • РР — розчин ртутний;
  • РХ — розчин хімічний;
  • РД — розчин діафрагмовий.

Хімічні властивості[ред.ред. код]

Гідроксид натрію активно поглинає вологу з повітря, утворюючи гідрати різного складу, які розкладаються при нагріванні:

\mathrm{ NaOH + H_2O \rightarrow NaOH \cdot H_2O}
\mathrm{ NaOH \cdot H_2O \xrightarrow{100-400^oC} NaOH + H_2O }

У розчинах сполука добре дисоціює:

\mathrm{ NaOH \leftrightarrows Na^+ + OH^-}

Проявляючи сильні лужні властивості, гідроксид натрію легко взаємодіє з кислотами, кислотними та амфотерними оксидами і гідроксидами:

\mathrm{ NaOH + HCl \rightarrow NaCl + H_2O}
\mathrm{ 2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O}
\mathrm{ NaOH + CO_2 \rightarrow NaHCO_3}
\mathrm{ 2NaOH_{(conc.)} + CO_2 \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O}
\mathrm{ 4NaOH_{(conc.)} + SiO_2 \xrightarrow{\tau} Na_4SiO_4 + 2H_2O}
\mathrm{ 2NaOH + Al_2O_3 \xrightarrow{900-1000^oC} 2NaAlO_2 + H_2O }
\mathrm{ 2NaOH_{(conc.)} + Zn(OH)_2 \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]}

NaOH легко взаємодіє із галогенами, а за високих температур — також і з металами:

\mathrm{ 6NaOH + 4F_2 \rightarrow OF_2 \uparrow + O_2 \uparrow + 6NaF + 3H_2O }
\mathrm{ 2NaOH + Br_2 \rightarrow NaBrO + NaBr + H_2O}
\mathrm{ 6NaOH + 3Br_2 \xrightarrow{t} NaBrO_3 + 5NaBr + 3H_2O}
\mathrm{ 24NaOH_{(conc.)} + 7Cl_2 + I_2 \rightarrow 2Na_5IO_6 + 14NaCl + 12H_2O}
\mathrm{ 2NaOH + 2Na \xrightarrow{600^oC} 2Na_2O + H_2O}
\mathrm{ 4NaOH + 3Ca \xrightarrow{600^oC} 2Na + Na_2O + 3CaO + 2H_2 \uparrow}
\mathrm{ 2NaOH + 2Al + 2H_2O \xrightarrow{400-500^oC} 2NaAlO_2 + 3H_2 \uparrow}
\mathrm{ 2NaOH + Zn + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2}

При взаємодії з солями, що є похідними слабких основ, утворюються відповідні гідроксиди:

\mathrm{ NaOH + FeI_2 \xrightarrow{N_2} Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaI}
\mathrm{ 3NaOH + AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3 + 3NaCl}
\mathrm{ 2NaOH + 2AgNO_3 \rightarrow Ag_2O \downarrow + 2NaNO_3 + H_2O}

Реагуючи із монооксидом вуглецю, синтезується форміат натрію:

\mathrm{ NaOH + CO \rightarrow HCOONa}

Вимоги безпеки[ред.ред. код]

Опік шкіри, спричинений дією 10% розчину NaOH

Сода каустична пожежо- та вибухобезпечна. Їдка, корозійно активна речовина. За ступенем впливу на організм відноситься до речовин 2-го класу небезпеки. Як тверда речовина, так і концентровані її розчини викликають дуже сильні опіки. Попадання лугу в очі може призвести до їх важких захворювань і навіть до втрати зору. При попаданні на шкіру, слизові оболонки, очі утворюються сильні хімічні опіки. При потраплянні на шкіру — промити слабким розчином оцтової кислоти.

При роботі використовують захисні засоби: захисні окуляри, гумові рукавички, прорезинений хімічностійкий одяг.

Застосування[ред.ред. код]

Гідроксид натрію застосовується в багатьох галузях промисловості та у побуті:

  • Каустик застосовується в целюлозно-паперової промисловості для делігніфікації (сульфатний процес) целюлози, у виробництві паперу, картону, штучних волокон, деревно-волоконних плит.
  • Для омилення жирів при виробництві мила, шампуню та інших миючих засобів. Останнім часом продукти на основі гідроксиду натрію (з додаванням гідроксиду калію, нагріті до 50-60 градусів Цельсія, застосовуються в сфері промислової мийки для очищення виробів з нержавіючої сталі від жиру та інших масляних речовин, а також залишків механічної обробки.
  • В хімічних галузях промисловості — для нейтралізації кислот і кислотних оксидів, як реагент або каталізатор в хімічних реакціях, в хімічному аналізі для титрування, для травлення алюмінію та у виробництві чистих металів, в нафтопереробці — для виробництва масел.
  • Для виготовлення біодизельного палива — яке отримують з рослинних масел і використовують для заміни звичайного дизельного палива. Для отримання біодизелю до дев'яти масових одиниць рослинної олії додають одну масову одиницю спирту (тобто дотримується пропорція 9:1), а також лужний каталізатор (NaOH). Отриманий ефір (головним чином лінолевої кислоти) відрізняється чудовою займистістю, що забезпечується високим цетановим числом. Якщо для мінерального дизпалива характерний показник в 50-52%, то метиловий ефір відповідно 56-58% цетана. Сировиною для виробництва біодизеля можуть бути різні рослинні олії: ріпакова, соєва та інші, крім тих, у складі яких високий вміст пальмітинової кислоти (пальмове масло). При його виробництві в процесі етерифікації також утворюється гліцерин що використовується в харчовій, косметичній та паперової промисловості, або переробляється в епіхлоргідрин за методом Сольве.
  • Як агент для розчинення засмічень каналізаційних труб, у вигляді сухих гранул або у складі гелів. Гідроксид натрію дезагрегує засмічення і сприяє легкому просуванню його далі по трубі.
  • В цивільній обороні для дегазації та нейтралізації отруйних речовин, у тому числі зарину, в ребрізерах (ізолюючих дихальних апаратах (ІДА), для очищення повітря, що видихається, від вуглекислого газу.
  • Гідроксид натрію також використовується для мийки прес-форм автопокришок.
  • В приготуванні їжі: для миття та очищення фруктів та овочів від шкірки, у виробництві шоколаду і какао, напоїв, морозива, фарбуванні карамелі, для розм'якшення маслин і надання їм чорного забарвлення, при виробництві хлібобулочних виробів. Зареєстровано в якості харчової добавки E524.
  • У косметології для видалення ороговілих ділянок шкіри: бородавок, папілом.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б в За тиску 101,3 кПа
  2. Значення розчинності у відсотках розраховується як відношення маси розчиненої речовини до маси усього розчину

Джерела[ред.ред. код]

  • CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL): CRC Press, 2005. — 2656 p. — ISBN 0-8493-0486-5. (англ.)
  • Myers Richard L. The 100 Most Important Chemical Compounds. — Westport, CT: Greenwood Press, 2007. — 326 p. — ISBN 978-0-313-33758-1. (англ.)
  • Kurt C., Bittner J. Sodium Hydroxide // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim: Wiley-VCH, 2005. — 12 p. — DOI:10.1002/14356007.a24_345.pub2. (англ.)
  • Schmittinger P., Florkiewicz T., Curlin L. C. Chlorine // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim: Wiley-VCH, 2005. — P. 8-57. — DOI:10.1002/14356007.a06_399.pub3. (англ.)
  • Мала гірнича енциклопедія : в 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Рипан Р., Чертяну И. Неорганическая химия: Химия металлов / В. И. Спицын. — М.: «Мир», 1971. — Т. 1. — 561 с. (рос.)
  • Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин. — 3-е. — М.: Химия, 2000. — 480 с. — ISBN 5-7245-1163-0. (рос.)