Что такое гидроксид натрия

Что такое гидроксид натрия и где мы с ним сталкиваемся в быту

Сегодня хочу рассказать об очередном интересном химическом веществе, с которым мы часто сталкиваемся в быту. Это гидроксид натрия.

Что это такое

По традиции, как было, например, с глауберовой солью или аммиаком, начинаю с названий. Так уже исторически сложилось, что почти у всех химических веществ не одно, а несколько названий. Посмотрите, как по-другому можно назвать гидроксид натрия:

По своему виду это твердые белые кристаллы, которые очень легко впитывают в себя воду, даже ту, которая есть в воздухе, а вместе с ними – и содержащийся в воздухе углекислый газ. Поэтому, если это вещество хранить в открытой или неплотно закрытой таре, то можно в итоге запросто получить бесформенную, расплывшуюся белую массу, которую весьма проблематично будет добыть из этой тары. Особенно если она была стеклянная.

Впрочем, сейчас каустик уже практически не хранят в стеклянной посуде, перешли на пластмассовую. Почему? Потому что он вступает в химическую реакцию со стеклом и разъедает, разрушает его. Естественно, не мгновенно, а при длительном хранении. Это называется выщелачивание стекла – гидроксид натрия взаимодействует с соединениями кремния, которые входят в состав стекла.

Я уже рассказывала, что, когда организуете свою домашнюю лабораторию и делаете раствор гидроксида натрия, то хранить такой раствор нужно в пластиковой бутылке, но никак не в стеклянной.

Что еще нужно знать про физические свойства этого вещества? Оно хорошо растворяется в воде с выделением достаточно большого количества тепла.

Если вдруг захотите потрогать руками (настоятельно не советую!), то обнаружите эффект мыльных рук. Ну а следом за этим – достаточно чувствительные и долго не заживающие ожоги кожи – едкий натр полностью оправдывает это свое название.

В природе это вещество не встречается, его получают в промышленности химическими или электрохимическими способами. Кстати, используется это вещество в достаточно больших количествах – около 60 миллионов тон в год во всем мире. Для чего? Давайте посмотрим.

Применение

Начнем с самого простого – без едкого натра не обойдется ни одно производство мыла. Любого. Хозяйственное, туалетное, банное, детское, гипоаллергенное, антибактериальное, с запахом, без запаха…

Любое мыло, включая самодельное (если оно делается с самого начала, а не из уже готовых компонентов, которые уже прошли эту химическую реакцию), невозможно без гидроксида натрия, это – основной компонент мыла. Поэтому когда я слышу что-нибудь типа «Это – натуральное мыло, в нем нет никакой химии», меня сразу пробивает на смех.

Мыло – это типичный, классический случай применения химии в жизни человека. И, на мой взгляд, далеко не самый плохой и бесполезный.

Следующая довольно обширная область применения едкого натра – в производстве бумаги, картона и различных искусственных волокон и полимеров.

Не отстает от бумажной и текстильная промышленность – гидроксидом натрия обрабатывают хлопок и шерсть.

Само собой разумеется, что без этого интересного и важного вещества не обходится ни одна химическая лаборатория. Это – стандартный и неотъемлемый реактив любой лаборатории.

Это же касается и химической промышленности. Химические свойства гидроксида натрия позволяют его применять и как катализатор, и для нейтрализации различных кислот, и в производстве масел, и многое-многое другое.

В быту это вещество встречается в составе средств для прочистки канализационных труб. Самый простой пример – «Крот», о котором я в свое время много писала. Гидроксид натрия используют здесь именно из-за его высокой химической активности, «агрессивности», способности растворять сильные загрязнения, в том числе жиры и остатки пищи, которые порой скапливаются в кухонных трубах.

Как ни удивительно, не обошлось без него и в пищевой промышленности. Пусть не в таких масштабных количествах, как в том же производстве бумаги или мыла, но и здесь гидроксид натрия на своем месте. Он даже является пищевой добавкой Е524. Его используют в производстве шоколада, какао, мороженого, газированных напитков, карамели, выпечки. Естественно, в очень небольших количествах, но, тем не менее, без него не обойтись.

Еще одна область использования – в автомобильных щелочных аккумуляторах. Правда, не знаю, насколько такие аккумуляторы сейчас востребованы.

Из своей практики помню случай, когда работала в Курчатове, и военные, охранявшие территорию нашего Института, попросили сделать электролит для аккумулятора с плотностью 1,27. Честь возиться с щелочью выпала мне как молодой, только что пришедшей на работу лаборантке.

До сих пор помню, как тщательно растворяла и фильтровала раствор, а потом замеряла ареометром, будто от этого зависела моя жизнь

Что же касается косметологии, то гидроокись натрия напрямую используется для удаления бородавок. Если вы сталкивались с этим, то наверняка можете вспомнить, как покупали маленькие пластиковые флаконы с надписью «Чистотел» или что-то в этом духе. Растение чистотел здесь совершенно не при чем. В пузырьке налит именно раствор гидроксида щелочи. Аккуратно наносишь его на ороговевшую часть кожи и ждешь – а вдруг поможет.

На своем опыте (давно, правда, это было, еще на третьем курсе университета) могу сказать, что действительно помогает, если делать это регулярно.

Кроме того, все шампуни и моющие средства содержат небольшие количества этого вещества. Именно поэтому косметологи рекомендуют после мытья головы шампунем ополаскивать ее слабым раствором яблочного или обычного уксуса – именно для нейтрализации щелочи, содержащейся в шампуни.

Техника безопасности

Гидроксид натрия – сильная щелочь (второй класс опасности), с которой нужно обращаться осторожно, так как она вызывает сильные химические ожоги, а при длительном воздействии – долго не заживающие язвы.

Вот краткие правила по обращению с ним:

Несмотря на то, что это вещество пожаро- и взрывобезопасно, хранить его нужно, как я уже говорила, в пластмассовой таре или пластиковых мешках, герметично запечатанных. Вдали от источников тепла и прямых солнечных лучей. Помещение для хранения должно быть прохладным и сухим.

Если вы решили прочистить дома канализационные трубы и купили для этого специальное средство, то внимательно прочитайте инструкцию к нему. Как правило, в состав этого средства будет входить гидроксид натрия, а в инструкции будет написано, что с ним необходимо работать в резиновых перчатках и избегать вдыхания паров. Думаю, не нужно объяснять, почему?

Итоги

Итак, я рассказала в общих чертах о гидроксиде натрия, который, оказывается, используют не только химики в лабораториях, но с ним мы сталкиваемся и в быту.

О химических свойствах предлагаю поговорит в следующей статье. Заодно я расскажу и покажу несколько опытов, которые вы легко сможете сделать самостоятельно.

Надеюсь, вам понравилась моя статья. Рассказывайте в комментариях свои случаи из жизни, дополняйте или поправляйте меня, если с чем-то не согласны. Надеюсь, вам, как и мне, всегда интересно узнавать что-то новое.

До встречи в следующей статье!

Источник

Гидроксид натрия — распространенная и полезная щелочь

Данный реактив, самая распространенная щелочь, более известен под названиями едкий натр или каустическая сода (от французского слова sodium — натрий и греческого слова kaustikos — едкий). Исходя из названия понятно, что вещество опасное, поэтому обращаться с ним надо бережно. Гидроокись натрия — бесцветная кристаллическая масса. Вещество способно разъедать не только материалы органического происхождения, но и определенные металлы, причем при контакте с цинком, свинцом, алюминием, оловом и их сплавами выделяется водород, взрывоопасный газ. Нельзя допускать контакта каустической соды с аммиаком, это пожароопасно.

Важные особенности гидроксида натрия

Их важно знать, чтобы работа с этим реактивом была безопасной, и чтобы его применение принесло ожидаемые результаты.

Основные сферы применения едкого натра

Техника безопасности в работе с гидроксидом натрия

По ГОСТ 12.1.007-76 каустическая сода относится ко II классу токсичности (высокоопасна). Может вызвать сильный ожог кожи и слизистых, необратимое повреждение зрения при попадании в глаза. Именно поэтому работать с ней нужно в перчатках и защитных очках, использовать специальную одежду с виниловой пропиткой или прорезиненную.

При попадании вещества на слизистую ее как можно скорее нужно промыть большим количеством проточной воды, кожу промыть слабым раствором уксуса.

При большой поверхности ожога, при попадании реактива внутрь или в глаз следует не только приянть эти меры, но и незамедлительно обратиться к врачу.

Вы можете купить щелочь гидроксид натрия в нашем магазине, и мы надеемся, что вы будете соблюдать технику безопасности. Товар продается с доставкой, поэтому вы можете купить щелочь в Москве или другом городе России и вскоре получить его в своем городе.

Источник

Натрия гидроксид

Наименованиеедкий натр, каустик,
каустическая сода,
едкая щелочьХимическая формулаNa-OHМолярная масса39.9971 г/мольТемпература плавления323 °CТемпература кипения1403 °CПлотность вещества2,02 г/см 3Растворимостьв воде
— 52,2 (20 °C) г/100 млромбическая модификациядо 299 °C

Гидроксид натрия лат. Natrii hydroxidum ; другие названия — каустическая сода, каустик, едкий натр, едкая щёлочь. Самая распространенная щёлочь, химическая формула NaOH. В год в мире производится и потребляется более 57 миллионов тонн едкой щёлочи. Гидроксид натрия также используется для мойки пресс-форм автопокрышек, называется Mold Cleaner фирмы «NALCO». Интересна история тривиальных названий как гидроксида натрия, так и других щелочей, название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разьедать кожу, бумагу, стекло и вызывать сильные ожоги. До XVII века, щёлочью (фр. alkali) называли также карбонаты натрия и калия. В 1736 французский учёный А. Л. Дюамель дю Монсо впервые различил эти вещества: гидроксид натрия стали называть каустической содой, карбонат натрия — кальцинированной содой (по растению Salsola Soda, из золы которого её добывали), а карбонат калия — поташем. В настоящее время содой принято называть натриевые соли угольной кислоты. В английском и французском языках слово sodium означает натрий, potassium — калий.

Содержание

Физические свойства

ΔH 0 растворения для бесконечно разбавленного водного раствора —44,45 кДж/моль.

Из водных растворов при 12,3 — 61,8 °C кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая), температура плавления 65,1 °C; плотность 1,829 г/см³; ΔH 0 _обр −734,96 кДж/моль), в интервале от —28 до —24°С — гептагидрат, от —24 до —17,7°С — пентагидрат, от —17,7 до —5,4°С —тетрагидрат (α-модификация), от —5,4 до 12,3 °C. Растворимость в метаноле 23,6 г/л (t=28 °C), в этаноле 14,7 г/л (t=28 °C). NaOH·3,5Н₂О (температура плавления 15,5 °C);

Химические свойства

Гидроксид натрия (едкая щёлочь)— сильное химическое основание (к сильным основаниям относят гидроксиды, молекулы которых полностью диссоциируют в воде), к ним относят гидроксиды щелочных и щёлочно-земельных металлов подгрупп Iа и IIа периодической системы Д. И. Менделеева, KOH (едкий калий), Ba(OH)₂ (едкий барит), LiOH, RbOH, CsOH. Щёлочность (основность) определяется валентностью металла, радиусом внешней электронной оболочки и электрохимической активностью: чем больше радиус электронной оболочки (увеличивается с порядковым номером), тем легче металл отдает электроны, и тем выше его электрохимическая активность и тем левее располагается элемент в ряду электрохимической активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.

Гидроксид натрия вступает в реакции:

1.Нейтрализации с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твердых веществ:

так и с растворами:

(Образующийся анион называется тетрагидроксоцинкат-ионом, а соль, которую можно выделить из раствора — тетрагидроксоцинкатом натрия. В аналогичные реакции гидроксид натрия вступает и c другими амфотерными оксидами.)

(2) H₂S + NaOH = NaHS + H₂O (кислая соль, при отношении 1:1)

2. Обмена с солями в растворе:

Гидроксид натрия используется для осаждения гидроксидов металлов. К примеру, так получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе. Его и используют, в частности, для очистки воды от мелких взвесей.

например, с фосфором — с образованием гипофосфита натрия:

4. С металлами: Гидроксид натрия вступает в реакцию с алюминием, цинком, титаном. Он не реагирует с железом и медью (металлами, которые имеют низкий электрохимический потенциал). Алюминий легко растворяется в едкой щёлочи с образованием хорошо растворимого комплекса — тетрагидроксиалюмината натрия и водорода:

В результате взаимодействия жиров с гидроксидом натрия получают твёрдые мыла (они используются для производства кускового мыла), а с гидроксидом калия либо твёрдые, либо жидкие мыла, в зависимости от состава жира.

6. С многоатомными спиртами — с образованием алкоголятов:

7. Со стеклом: в результате длительного воздействия горячей гидроокиси натрия поверхность стекла становится матовой (выщелачивание силикатов):

Качественное определение ионов натрия возможно несколькими способами

1. По цвету пламени горелки — ионы натрия придают пламени жёлтую окраску:

2. С использованием специфических реакций на ионы натрия:

Реагент	Фторид аммония	Нитрит цезия-калия-висмута	Ацетат магния	Ацетат цинка	Пикро-
Цвет осадка	белый	бледно-жёлтый	жёлто-зеленый	желто-зеленый	белый	белый	бледно-жёлтый

Способы получения

Промышленные способы получения

В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:

Едкие щёлочи, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом. Для некоторых производств это важно. Так, в производстве искусственных волокон можно применять только каустик, полученный при электролизе с жидким ртутным катодом. В мировой практике используются все три метода получения хлора и каустика, при явной тенденции в сторону увеличения доли мембранного электролиза. В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % — электролизом с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы).

Эффективность процесса производства рассчитывается не только по выходу едкого натра, но и по выходу хлора и водорода, получаемых при электролизе, соотношение хлора и гидроксида натрия на выходе 100/110, реакция протекает в следующих соотношениях:

1,8 NaCl + 0, 5 H₂O + 2,8 МДж = 1,00 Cl₂ + 1,10 NaOH + 0,03 H₂,

Основные показатели различных методов производства даны в таблице:

Технологическая схема электролиза с твёрдым катодом

Диафрагменный метод — Полость электролизёра с твёрдым катодом разделена пористой перегородкой — диафрагмой — на катодное и анодное пространство, где соответственно размещены катод и анод электролизёра. Поэтому такой электролизёр часто называют диафрагменным, а метод получения — диафрагменным электролизом [1]. В анодное пространство диафрагменного электролизёра непрерывно поступает поток насыщенного анолита. В результате электрохимического процесса на аноде за счет разложения галита выделяется хлор, а на катоде за счет разложения воды — водород. Хлор и водород выводятся из электролизёра раздельно, не смешиваясь:

При этом прикатодная зона обогащается гидроксидом натрия. Раствор из прикатодной зоны, называемый электролитическим щёлоком, содержащий неразложившийся анолит и гидроксид натрия, непрерывно выводится из электролизёра. На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до 42—50 % в соответствии со стандартом. Галит и сульфат натрия при повышении концентрации гидроксида натрия выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или на стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией. Кристаллический галит (обратную соль) возвращают на электролиз, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. Из него во избежание накапливания сульфата в растворах перед приготовлением обратного рассола извлекают сульфат. Убыль анолита возмещают добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов или растворением твёрдого галита. Свежий рассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают от механических взвесей и значительной части ионов кальция и магния. Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётся либо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.

Мембранный метод — аналогичен диафрагменному, но анодное и катодное пространства разделены катионообменной мембраной. Мембранный электролиз обеспечивает получение наиболее чистого каустика.

который отводится из электролизёра, а на ртутном катоде образуется слабый раствор натрия в ртути, так называемая амальгама:

Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель. В разлагатель также непрерывно подаётся хорошо очищенная от примесей вода. В нем амальгама натрия в результате самопроизвольного электрохимического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:

Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, не содержит примеси галита, вредной в производстве вискозы. Ртуть почти полностью освобождается от амальгамы натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку. Анолит, выходящий из электролизера, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесенные с ним, а также вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают двух- или трёхступенчатым процессом растворённый в нём хлор.

Лабораторные способы получения

В лаборатории гидроксид натрия получают химическими способами, которые имеют больше историческое, чем практическое значение.

В результате реакции образуется раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % NaOH. Расплавленный NaOH разливают в железные барабаны, где он застывает.

Ферритный способ описывается двумя реакциями:

(1) — процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100—1200°С. При этом образуется спек-феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции (2); получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe₂O₃, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Раствор содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % NaOH.

Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество топлива, получаемый едкий натр загрязнен примесями, обслуживание аппаратов трудоемко. В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическим способом производства.

Источник

Гидроксид натрия

Гидроксид натрия
Традиционные названия	едкий натр, каустик, каустическая сода, едкая щёлочь
Хим. формула	NaOH
Рац. формула	NaOH
Молярная масса	39,997 г/моль
Плотность	2,13 г/см³
Т. плав.	323 °C
Т. кип.	1403 °C
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Растворимость в воде	108,7 г/100 мл
ГОСТ	ГОСТ 4328-77 ГОСТ Р 55064-12 ГОСТ 2263-79
Рег. номер CAS	1310-73-2
PubChem	14798
Рег. номер EINECS	215-185-5
SMILES
Кодекс Алиментариус	E524
RTECS	WB4900000
ChEBI	32145
Номер ООН	1823
ChemSpider	14114
Пиктограммы СГС
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Гидроксид натрия (лат. Nátrii hydroxídum ; другие названия — каустическая сода, едкий натр) — самая распространённая щёлочь, химическая формула NaOH. В год в мире производится и потребляется около 57 миллионов тонн едкого натра.

Интересна история тривиальных названий как гидроксида натрия, так и других щелочей. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу (вызывая сильные ожоги), бумагу и другие органические вещества. До XVII века щёлочью (фр. alkali ) называли также карбонаты натрия и калия. В 1736 году французский учёный Анри Дюамель дю Монсо впервые различил эти вещества: гидроксид натрия стали называть каустической содой, карбонат натрия — кальцинированной содой, а карбонат калия — поташом. В настоящее время содой принято называть натриевые соли угольной кислоты. В английском и французском языках слово sodium означает натрий, potassium — калий.

Содержание

Физические свойства

Гидроксид натрия — белое твёрдое вещество. Сильно гигроскопичен, на воздухе «расплывается», активно поглощая пары воды из воздуха. Хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты. Раствор едкого натра мылок на ощупь.

ΔH 0 растворения для бесконечно разбавленного водного раствора −44,45 кДж/моль.

Из водных растворов при +12,3…+61,8 °C кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая), температура плавления +65,1 °C; плотность 1,829 г/см³; ΔH 0 _обр −425,6 кДж/моль), в интервале от −28 до −24 °C — гептагидрат, от −24 до −17,7 °C — пентагидрат, от −17,7 до −5,4 °C — тетрагидрат (α-модификация). Растворимость в метаноле 23,6 г/л (t = +28 °C), в этаноле 14,7 г/л (t = +28 °C). NaOH·3,5H₂O (температура плавления +15,5 °C).

Химические свойства

Гидроксид натрия (едкая щёлочь) — сильное химическое основание (к сильным основаниям относят гидроксиды, молекулы которых полностью диссоциируют в воде), к ним относят гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов подгрупп Iа и IIа периодической системы Д. И. Менделеева, KOH (едкое кали), Ba(OH)₂ (едкий барит), LiOH, RbOH, CsOH, а также гидроксид одновалентного таллия TlOH. Щёлочность (основность) определяется валентностью металла, радиусом внешней электронной оболочки и электрохимической активностью: чем больше радиус электронной оболочки (увеличивается с порядковым номером), тем легче металл отдаёт электроны, и тем выше его электрохимическая активность и тем левее располагается элемент в электрохимическом ряду активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13,4). Основными методами определения щелочей в растворах являются реакции на гидроксид-ион (OH − ), (c фенолфталеином — малиновое окрашивание и метиловым оранжевым (метилоранжем) — жёлтое окрашивание). Чем больше гидроксид-ионов находится в растворе, тем сильнее щёлочь и тем интенсивнее окраска индикатора.

Гидроксид натрия вступает в следующие реакции:

Общая реакция в ионном виде:

Гидроксид натрия используется для осаждения гидроксидов металлов. К примеру, так получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе, при этом избегая избытка щёлочи и растворения осадка. Его и используют, в частности, для очистки воды от мелких взвесей.

например, с фосфором — с образованием гипофосфита натрия:

3S + 6NaOH → 2Na₂S + Na₂SO₃ + 3H₂O с галогенами 2NaOH + Cl₂ → NaClO + NaCl + H₂O (дисмутация хлора при комнатной температуре) 6NaOH + 3Cl₂ → NaClO₃ + 5NaCl + 3H₂O (дисмутация хлора при нагревании раствора) с металлами

Гидроксид натрия вступает в реакцию с алюминием, цинком, титаном. Он не реагирует с железом и медью (металлами, которые имеют низкий электрохимический потенциал). Алюминий легко растворяется в едкой щёлочи с образованием хорошо растворимого комплекса — тетрагидроксоалюмината натрия и водорода:

Эта реакция использовалась в первой половине XX века в воздухоплавании: для заполнения водородом аэростатов и дирижаблей в полевых (в том числе боевых) условиях, так как данная реакция не требует источников электроэнергии, а исходные реагенты для неё могут легко транспортироваться.

с эфирами, амидами и алкилгалогенидами (гидролиз):

с жирами (омыление) такая реакция необратима, так как получающаяся кислота со щёлочью образует мыло и глицерин. Глицерин впоследствии извлекается из подмыльных щёлоков путём вакуум-выпарки и дополнительной дистилляционной очистки полученных продуктов. Этот способ получения мыла был известен на Ближнем Востоке с VII века.

В результате взаимодействия жиров с гидроксидом натрия получают твёрдые мыла (они используются для производства кускового мыла), а с гидроксидом калия либо твёрдые, либо жидкие мыла в зависимости от состава жира.

с многоатомными спиртами — с образованием алкоголятов: HOCH₂CH₂OH + 2NaOH → NaOCH₂CH₂ONa + 2H₂O

Качественное определение ионов натрия

Ацетат уранила-цинкаЦвет осадкабелыйбледно-жёлтыйжёлто-зелёныйжёлто-зелёныйбелыйбелыйбледно-жёлтыйзеленовато-жёлтый

Методы получения

Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения гидроксида натрия

К химическим методам получения гидроксида натрия относятся пиролитический, известковый и ферритный.

Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнён примесями.

В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.

Пиролитический метод

Пиролитический метод получения гидроксида натрия является наиболее древним и начинается с получения оксида натрия Na₂О путём прокаливания карбоната натрия при температуре 1000 °C (например, в муфельной печи):

В качестве сырья может быть использован и гидрокарбонат натрия, разлагающийся при 200 °C на карбонат натрия, углекислый газ и воду.

Полученный оксид натрия охлаждают и очень осторожно (реакция происходит с выделением большого количества тепла) добавляют в воду:

Известковый метод

Известковый метод получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с гашеной известью при температуре около 80 °С. Этот процесс называется каустификацией и проходит по реакции:

В результате реакции получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора фильтрацией, затем раствор упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH. Затем NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он кристаллизуется.

Ферритный метод

Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:

Реакция 1 представляет собой процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100—1200 °С. При этом образуется спек — феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции 2; получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe₂O₃*xH₂O, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Получаемый раствор щёлочи содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH, а затем получают твёрдый продукт в виде гранул или хлопьев.

Электрохимические методы получения гидроксида натрия

Электрохимически гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (минерала, состоящего в основном из поваренной соли NaCl) с одновременным получением водорода и хлора. Этот процесс можно представить суммарной формулой:

Едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них — электролиз с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы), третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод).

В мировой производственной практике используются все три метода получения хлора и каустика с явной тенденцией к увеличению доли мембранного электролиза.

Показатель на 1 тонну NaOH	Ртутный метод	Диафрагменный метод	Мембранный метод
Выход хлора, %	99	96	98,5
Электроэнергия, кВт·ч	3150	3260	2520
Концентрация NaOH, %	50	12	35
Чистота хлора, %	99,2	98	99,3
Чистота водорода, %	99,9	99,9	99,9
Массовая доля O2 в хлоре, %	0,1	1—2	0,3
Массовая доля Cl − в NaOH, %	0,003	1—1,2	0,005

В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % — электролизом с твёрдым катодом.

Диафрагменный метод

Наиболее простым из электрохимических методов в плане организации процесса и конструкционных материалов для электролизера является диафрагменный метод получения гидроксида натрия.

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую иногда добавляют небольшое количество полимерных волокон.

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.

Анод: 2Cl − → Cl₂ + 2e − — основной процесс 2H₂O → O₂ + 4H + + 4e − 6ClO₃ − + 3H₂O → 2ClO₃ − + 4Cl − + 1,5O₂↑ + 6H + + 6e − Катод: 2H₂O + 2e − → H₂↑ + 2OH − — основной процесс ClO − + H₂O + 2e − → Cl − + 2OH − ClO₃ − + 3H₂O + 6e − → Cl − + 6OH −

В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их, в основном, заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.

На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до товарной концентрации 42—50 % масс. в соответствии со стандартом.

Поваренная соль, сульфат натрия и другие примеси при повышении их концентрации в растворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или продолжают стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией.

Обратную, то есть кристаллизовавшуюся в осадок, поваренную соль возвращают назад в процесс, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. От неё, во избежание накапливания примесей в растворах, перед приготовлением обратного рассола отделяют примеси.

Убыль анолита восполняют добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов, минеральных рассолов типа бишофита, предварительно очищенного от примесей или растворением галита. Свежий рассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают от механических взвесей и значительной части ионов кальция и магния.

Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётся либо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.

Благодаря относительной простоте и дешевизне диафрагменный метод получения гидроксида натрия до сих пор широко используется в промышленности.

Мембранный метод

Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение более чистых, чем в случае с диафрагменного метода, щелоков. Поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два.

В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток раствора соли. А в катодное — деионизированная вода. Из анодного пространства вытекает поток обеднённого анолита, содержащего также примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из катодного — щёлока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

Щёлочь, получаемая с помощью мембранного электролиза, практически не уступает по качеству получаемой при помощи метода с использованием ртутного катода и постепенно заменяет щёлочь, получаемую ртутным методом.

Однако, питающий раствор соли (как свежий, так и оборотный) и вода предварительно максимально очищается от любых примесей. Такая тщательная очистка объясняется высокой стоимостью полимерных катионообменных мембран и их уязвимостью к примесям в питающем растворе.

Кроме того, ограниченная геометрическая форма а также низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Ртутный метод с жидким катодом

В ряду электрохимических методов получения щёлоков самым эффективным способом является электролиз с ртутным катодом. Щёлоки, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом (для некоторых производств это критично). Например, в производстве искусственных волокон можно применять только высокочистый каустик), а по сравнению с мембранным методом организация процесса при получении щёлочи ртутным методом гораздо проще.

Установка для ртутного электролиза состоит из электролизёра, разлагателя амальгамы и ртутного насоса, объединённых между собой ртутепроводящими коммуникациями.

Катодом электролизёра служит поток ртути, прокачиваемой насосом. Аноды — графитовые, угольные или малоизнашивающиеся (ОРТА, ТДМА или другие). Вместе с ртутью через электролизёр непрерывно течёт поток питающего поваренной соли.

На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется хлор:

2Cl − → Cl₂ + 2e − — основной процесс 2H₂O → O₂ + 4H + + 4e − 6ClO₃ − + 3H₂O → 2ClO₃ − + 4Cl − + 1,5O₂ + 6H + + 6e −

Хлор и анолит отводится из электролизёра. Анолит, выходящий из электролизёра, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесённые с ним, а также вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают растворённый в нём хлор.

На катоде восстанавливаются ионы натрия, которые образуют слабый раствор натрия в ртути (амальгаму натрия):

Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель амальгамы. В разлагатель также непрерывно подаётся высоко очищенная вода. В нём амальгама натрия в результате самопроизвольного химического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:

Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, практически не содержит примесей. Ртуть почти полностью освобождается от натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку.

Растущие требования к экологической безопасности производств и дороговизна металлической ртути ведут к постепенному вытеснению ртутного метода методами получения щёлочи с твёрдым катодом, в особенности мембранным методом.

Лабораторные методы получения

В лаборатории гидроксид натрия иногда получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизёр диафрагменного или мембранного типа.

Рынок каустической соды

В России, согласно ГОСТ 2263-79, производятся следующие марки натра едкого:

Применение

Едкий натр применяется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

Меры предосторожности при обращении с гидроксидом натрия

Гидроксид натрия — едкое, токсическое и коррозионно-активное вещество. Оно относится к веществам второго класса опасности. Поэтому при работе с ним требуется соблюдать осторожность. При попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза образуются серьёзные химические ожоги. Попадание в глаза вызывает необратимые изменения зрительного нерва (атрофию) и, как следствие, потерю зрения. При контакте слизистых поверхностей с едкой щёлочью необходимо промыть поражённый участок струёй воды, а при попадании на кожу — слабым раствором уксусной или борной кислоты. При попадании едкого натра в глаза следует немедленно промыть их сначала слабым раствором борной кислоты, а затем водой.

При работе с едким натром рекомендуется следующие защитные средства: химические брызгозащитные очки для защиты глаз, резиновые перчатки или перчатки с прорезиненной поверхностью для защиты рук, для защиты тела — химически стойкая одежда, пропитанная винилом или прорезиненные костюмы.

Предельно допустимая концентрация гидроксида натрия в воздухе 0,5 мг/м³.

Источник