Гідроксид натрію

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Гідроксид натрію
Назва за IUPAC Натрій гідроксид
Інші назви їдкий натр, їдкий натрій, гідроокис натрію, натрієвий луг, каустик, каустична сода
Ідентифікатори
Номер CAS 1310-73-2
Номер EINECS 215-185-5
DrugBank DB11151
KEGG D01169 і C12569
Назва MeSH D01.045.250.750 і D01.248.497.158.459.475
ChEBI 32145
RTECS WB4900000
SMILES [OH-].[Na+][1]
InChI InChI=1S/Na.H2O/h;1H2/q+1;/p-1
Номер Гмеліна 68430
Властивості
Молекулярна формула NaOH
Молярна маса 39,997 г/моль
Зовнішній вигляд білі кристали
Запах без запаху
Густина 2,13 г/см³[2]
1,77 г/см³ (350 °C, рідина)
Тпл 323 °C[2]
Ткип 1388 °C[2]
Розчинність (вода) 100 г/100 г H2O
Термохімія
Теплоємність, co
p
3,24 Дж/(моль·K)
Пов'язані речовини
Інші аніони оксид натрію, хлорид натрію
Інші катіони гідроксид калію
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Гідрокси́д на́трію, натрій гідроксид, каустична сода або просто каустик — 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 їдкою сполукою, при потраплянні на шкіру викликає омилення жирів та хімічні опіки, спричиняє корозію окремих 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, оскільки 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, %[3] 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 вапна Ca(OH)2 у водному розчині:

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 промисловості. Перебіг реакцій можна описати сумарним рівнянням:

Цей метод і донині є основним промисловим способом добування NaOH, однак деякі умови проведення синтезу зазнавали модифікацій. Зокрема, для запобігання перебігу 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 як катод використовується ртутний електрод. Потрапляючи на катод, іони натрію утворюють там рідкі амальгами змінного складу NaHgn:

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

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 хлорид-іонів з утворенням вільного хлору:

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, як такі перегородки використовується азбестова тканина, пористі цементи, порцеляна тощо.

В анодний простір подається розчин NaCl: на аноді (графітовому або титановому з оксидними покритями або покриттям платиновими металами (магнетитові мають завеликий опір та перенапругу виділення хлору, тому в промисловості широко не використовуються) відновлюються хлорид-іони, а катіони Na+ (та, частково, аніони Cl-) мігрують крізь діафрагму до катодного простору. Там катіони не сполучаються із гідроксид-іонами, утвореними відновленням води на залізному або мідному катоді:

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 надалі додатково дегідратують.

Хоча магнетитові не використовуються в промисловості їх, в модифікованому вигляді можна виготовити та використовувати в домашніх умовах при наявності листового титану та концентрованої сульфатної кислоти (для протравлення оксидного шару): частина титанового електроду яка в майбутньому має бути занурена в хлоридний розчин протравлюється в концентрованій сульфатній кислоті кілька хвилин і без змивання кислоти занурюється в розчин сульфату заліза або солі Мора як катод (анод логічно робити залізним - тоді склад електроліту залишатиметься малозмінним). Після гальванічного покриття титану залізом електрод відпалюється на повітрі для закріплення зв'язку титану із залізом та переведення заліза в магнетит. З непротравленого аноду магнетитовий шар в процесі роботи швидко обсиплеться. Вугільні аноди досить швидко розсипаються.

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 зворотному 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.

Катіонпровідні мембрани використовуються в літій-полімерних акумуляторах. Це співполімери з тетрафлуоретиленом, технологічно виготовлені з кількох несиметрично розміщених шарів шарів. Зовнішній вигляд — тефлонова плівка.

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.

Випарювання розчину NaOH проводять в залізних , нікелевих , кобальтових або срібних ємностях. Скло, порцеляна, платина в присутності кисню розплавом руйнуються .

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:

У розчинах сполука добре дисоціює:

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

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

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

Реагуючи із монооксидом вуглецю, синтезується форміат натрію. Реакція проходить під тиском, за температури 120–200 °С у присутності каталізатора:

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 належить 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-паперовій 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 олій 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 (пальмова олія). При її виробництві в процесі етерифікації також утворюється гліцерин, що використовується в харчовій, косметичній та паперовій 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 як харчову добавку E524.
  • У косметології для видалення ороговілих ділянок шкіри: бородавок, папілом.

Див. також

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. SODIUM HYDROXIDE
  2. а б в За тиску 101,3 кПа
  3. 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 : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Рипан Р., Четяну 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.)

Посилання

[ред. | ред. код]