Едкий натрий для чего
Едкий натр
каустическая сода,
едкая щелочь
— 52,2 (20 °C) г/100 мл
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.
Формула едкого натра, химические свойства и область применения
Эксперт по вопросам дачи
Гидроксид натрия имеет большое значение для промышленности, этим и обусловлено его широкое распространение. Каустик, или едкий натр, применяется практически во всех областях жизни человека — от химического производства до пищевой отрасли. Несмотря на свои разъедающие свойства, эта щелочь зарегистрирована как пищевая добавка Е524. Это не означает, что она вообще не несет вред для здоровья, хотя в минимальных дозах каустическая сода неопасна.
Гидроксид натрия крайне опасен в превышающих норму дозировках
История открытия и происхождения вещества
В древности это вещество добывали из природных озер, об этом даже имеются упоминания в Библии. Конечно, тогда еще была неизвестна его формула, а также все свойства, но по описанию похоже, что это был именно каустик.
В древнеримских и древнегреческих письменных источниках известных ученых и философов того времени содержатся сведения о веществе nitrum. Оно имело вид больших твердых кусков белого либо черного цвета и их промежуточных оттенков. Дело в том, что в природных условиях каустическая сода чаще всего загрязнена углем, а в то время еще не было придумано методик очистки. Но даже такую форму активно применяли для очищения домашней утвари, посуды и других предметов быта.
В IV веке до нашей эры начали производить мыло, используя при этом натриевую щелочь. Спектр добычи этого вещества несколько расширился, и теперь едкий натр выделяли из пепла растения Salsola Soda. Мыло использовалось преимущественно для стирки белья, а позже, когда в арабских странах в него додумались добавлять ароматические масла, его начали применять в косметологии.
С этого момента мыловарение стало активно развиваться, а его технологии — совершенствоваться. Но всегда и везде каустик являлся неотъемлемым ингредиентом любого хорошего мыла.
Только в XVII веке ученый Дюамель дю Монсо отграничил натриевую щелочь от других химических соединений, с которыми ранее ее объединяли — двууглекислый натрий, гидроксид калия, а также карбонаты натрия и калия. Он разделил их по свойствам и дал им названия, которыми химики пользуются и по сей день.
Химические и физические свойства
Формула каустической соды — NaOH.
Едкий натрий имеет кристаллическую структуру
Едкий натр имеет вид кристаллического порошка белого цвета. Кристаллы твердые, не крошатся, легко растворимы в воде. Имеют сильную щелочную реакцию — pH13. Для сравнения, уровень кислотно-щелочного баланса пищевой соды — 8. Как видно из формулы, едкий натрий состоит из молекул водорода, кислорода и натрия, которые полностью диссоциируют в воде, благодаря чему он относится к сильным химическим основаниям.
Читайтепо теме:
Серная мазь: инструкция по применению, цена и отзывы
Гет Тотал – современное средство для эффективной борьбы с насекомыми
Избавляемся от тараканов и клопов с Ксулат Микро
Ксулат С25 – мощное современное средство от тараканов и клопов
Физические характеристики натриевой щелочи следующие:
В 100 мл возможно полностью растворить 108,7 г вещества. Процесс идет с выделением большого количества тепловой энергии, что делает его взрывоопасным.
Кристаллы гидроксида натрия очень гигроскопичны, способны мгновенно поглощать воду в газообразном состоянии из окружающего воздуха, при этом даже видно, как они «расплываются». Формула водного раствора едкого натра — NaOH·3,5Н2О.
Растворенная щелочь имеет определенную мылкость, если растереть ее пальцами. Это ощущение обусловливается активным омылением кожного жира под ее воздействием. Подобными свойствами обладают также гидроксиды калия, барита, лития, рубидия, цезия и таллия. По этой причине раньше многие из них относились к одному веществу.
Каустик взаимодействует с кислотами и их оксидами, солями и гидроксидами, а также с галогенами, серой и фосфором. С металлами проявляет коррозийно-активные свойства, что позволяет хорошо очищать их поверхность от окислов.
В этом видео рассказано про гидроксид натрия:
Каустик относится ко второму классу опасности, это говорит о том, что он высокоопасен и требует специальных мер предосторожности при перевозке и применении.
Получение различными способами
В лабораторных и промышленных целях каустик получают по-разному, однако есть наиболее популярные методы, которые просты в использовании и позволяют получить качественный продукт.
Диафрагменный метод
Считается наиболее простым с точки зрения организации и используемых материалов для конструкции электролизера. Согласно этому способу соляной раствор подается к аноду через катодную сетку асбестовой диафрагмой. Водород при этом выводится при помощи специальной трубки, не проникая через сетку из-за противотока, благодаря которому получение щелочи отделено от хлора. Выделение кислорода вредит процессу и может привести к разрушению анода.
Диафрагменный процесс является одним из самых распространенных методов синтеза гидроксида натрия
Полученный в результате реакции раствор щелочи выпаривают, избавляют от примесей, выпадающих в осадок, и доводят до кристаллизации. Хлор, выделенный во время реакции, сжижается либо используется в производстве хлорсодержащих продуктов. Диафрагменный метод ценится за простоту и незатратность, поэтому до сих пор широко применяется для получения каустика.
Мембранное производство
Этот метод считается самым эффективным, но его довольно сложно организовать. Процессы сходны с диафрагменным методом, однако вместо проницаемой диафрагмы анод отделен от катода плотной мембраной, через которую не могут проходить анионы, в то время как катионы свободно просачиваются. В таком случае производство получается более чистым, с минимальным количеством побочных продуктов и примесей. Еще одной особенностью является наличие двух потов, а не одного, как в диафрагменном синтезе.
Несмотря на сложность мембранного производства, с помощью него можно получить более чистую щелочь
Солевой раствор точно так же проникает к аноду, а к катоду подается деионизированная вода. В результате из катодного пространства вытекает щелочь и водород почти без примесей, а кроме того, практически не требующие выпаривания, так как находятся в приемлемой концентрации.
Мембранные системы довольно сложны и требуют тщательнейшей предварительной очистки подающихся растворов из-за уязвимости катионообменных мембран к примесям и дороговизны материала, из которого они изготовлены. К тому же необходимо устанавливать системы управления и контроля за процессом, что само по себе сложно и затратно.
Мембранный процесс производства крайне затратен и сложно устроен, поэтому применяется редко
Использование жидкого ртутного катода
Электролиз с использованием ртути позволяет получить гораздо более чистый продукт, чем при диафрагменном методе. Кроме того, если сравнивать с мембранным способом получения каустика, то ртутный намного проще.
Установка состоит из следующих компонентов:
Катодом является непрерывный ртутный поток, подаваемый насосом, аноды чаще всего делают из графита или угля. Параллельно со ртутным потоком через электролизер проходит раствор поваренной соли.
Ртуть крайне дорога в стоимости и сильно вредит окружающей среде, поэтому ртутный метод
почти не используется для производства щелочи
На аноде идет процесс оксигенации ионов хлора из солевого раствора выделением хлора. Хлор с отработанным анолитом выводится, хлор извлекают, а анолит донасыщают и освобождают от примесей, после чего снова подают в электролизер.
На катоде образуется слабый раствор натрия в ртути — амальгама натрия. Далее амальгама поступает в разлагатель вместе с высоко очищенной водой. Там амальгама натрия практически полностью разлагается водой в результате самопроизвольно протекающего химического процесса. В итоге образуется каустический раствор, водород и ртуть.
В результате ртутного метода раствор натра почти не содержит примесей и считается высококачественным. Очищенная от натрия ртуть направляется обратно на электролиз, водород подлежит очистке.
Однако ввиду высокой стоимости ртути и неэкологичности метода использование ртутного катода постепенно вытесняется другими способами получения натриевой щелочи, в частности, мембранным способом.
Применение натриевой щелочи
Ежегодно в мире синтезируется более 58 миллионов тонн едкого натра, что обусловлено широким спектром отраслей, в которых он используется.
Таким образом, неудивительно, что синтез этого вещества во всем мире так популярен, ведь каустик востребован практически во всех отраслях промышленности.
Опасность и меры предосторожности
При попадании на кожу, слизистые оболочки и внутрь человеческого тела каустическая сода способна вызвать тяжелые химические ожоги, которые могут нанести непоправимый вред организму — некротические поражения тканей, потеря участков кожного покрова, атрофию зрительного нерва, некоторых функций вплоть до летального исхода в зависимости от степени поражения и своевременности оказания квалифицированной медицинской помощи. Ожоги щелочью даже опаснее кислотных воздействий — разъедание трудно остановить, а еще сложнее избавиться от последствий и вернуть все в норму.
Обязательно придерживайтесь техники безопасности про работе с щелочью
Если раствор едкой соды попал на кожу или слизистые оболочки, требуется срочно промыть пораженный участок слабым раствором уксуса, а после — чистой проточной водой.
Кроме повреждения тканей тела, едкий натр растворяет все органические вещества. При выбросе его в окружающую среду без предварительной нейтрализации может надолго загрязнить почву и выжечь на ней все живое, в том числе растения на поверхности и живые организмы в толще грунта. То же касается и попадания в природные водоемы, где его раствор хоть и слабеет, но все же вызывает гибель рыбы и всей водной экосистемы в окрестностях выброса.
В промышленных масштабах каустик нейтрализуют кислотой. Химическая реакция, возникающая при соединении этих веществ, способствует образованию соли и воды: NaOH + HCl = NaCl + H2O.
Так же поступают и с другими опасными гидроксидами, например, едким калием (H2SO4 + KOH = H2O + KSO4).
Во время любого взаимодействия обязательно нужно учитывать свойства едкого натра и использовать средства для защиты:
Кроме того, необходимо учитывать, что гидроксид натрия, находящийся в воздухе, не должен превышать концентрацию в 0,5 мг/м³.
Таким образом, едкий каустик является не только очень ценным для промышленности, но и крайне опасным веществом. Поэтому любое использование его в производстве или дома должно предусматривать обязательную защиту организма от его вредного воздействия. Кроме того, очень важно правильно дозировать этот гидроксид во избежание ожогов и отравления.