Натрий относится к щелочным металлам и расподожен вглавной подгруппе первой группы ПСЭ им. Д.И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне его атома на сравнительно большом удалении от ядра находится один электрон, который атомы щелочных металлов довольно легко отдают, превращаясь в однозарядные катионы; этим объясняется очень высокая химическая активность щелочных металлов.

Общим способом получения щелочных является электролиз расплавов их солей (обычно хлоридов).

Натрий, как щелочной металл, характеризуются незначительной твёрдостью, малой плотностью и низкими температурами плавления.

Натрий, взаимодействуя с кислородом, образует преимущественно пероксид натрия

2 Na + O2 Na2O2

Восстановлением пероксидов и надпероксидов избытком щелочного металла можно получить оксид:

Na2O2 + 2 Na 2 Na2O

Оксиды натрия взаимодействует с водой с образованием гидроксида: Na2O + H2O → 2 NaOH .

Пероксиды полностью гидролизуются водой с образованием щёлочи: Na2O2 + 2 HOH → 2 NaOH + H2O2

Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):

С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество - нитрид натрия

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

Гидроксид натрия NaOH (едкая щелочь) – сильное химическое основание. В промышленности гидроксид натрия получают химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения:

Известковый, который заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при температуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он проходит по реакции:

Na 2 CО 3 + Са (ОН) 2 → 2NaOH + CaCО 3

Ферритный, который включает два этапа:

Na 2 CО 3 + Fe 2 О 3 → 2NaFeО 2 + CО 2

2NaFeО 2 + xH 2 О = 2NaOH + Fe 2 O 3 *xH 2 О

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:

2NaCl + 2H 2 О ±2е- → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Гидроксид натрия вступает в реакции:

1) нейтрализации:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

2) обмена с солями в растворе:

2NaOH +CuSO 4 → Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

3) реагирует с неметаллами

3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O

4) реагирует с металлами

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 3H 2 + 2Na

Гидроксид натрия широко используется в различных отраслях промышленности, например, при варке целлюлозы, для омыления жиров при производстве мыла; как катализатор химических реакций, при получении дизельного топлива и т.д.

Карбонат натрия вырабатывается или в виде Na 2 CO 3 (кальцинированная сода), или в виде кристаллогидрата Na 2 CO 3 *10Н 2 О (кристаллическая сода), или в виде гидрокарбоната NaНCO 3 (питьевая сода).

Сода чаще всего производится по аммиачно-хлоридному методу, основанному на реакции:

NaCl + NH 4 HCO 3 ↔NaHCO 3 + NH4Cl

Потребляют карбонаты натрия многие отрасли промышленности: химическая, мыловаренная, целлюлозно-бумажная, текстильная, пищевая и т.д.

Одним из важных химических соединений, синтезируемых огромными партиями ежегодно, является щелочь гидроксид натрия. Такую популярность она заслужила благодаря своим свойствам. формула которого - NaOH, имеет большое промышленное значение для человека. Рассмотрим данное вещество подробнее.

История открытия вещества

Впервые упоминания о соединении, по свойствам напоминающем именно едкий натр, появляются еще в глубокой древности. Даже Библия содержит некоторые сведения о веществе neter, добываемом из египетских озер. Предположительно это и была каустическая сода.

Аристотелем, Платоном и другими древнегреческими и римскими философами и учеными также упоминается вещество nitrum, которое добывали из природных водоемов и продавали в виде больших разноокрашенных кусков (черных, серых, белых). Ведь о методах очистки тогда еще не знали ничего, поэтому отделить соединение от угля, загрязняющего его, возможности не было.

В 385 году до нашей эры нашло применение мыловарение. В основе процесса использовался едкий натр. Формула его, конечно, еще известна не была, однако это не мешало добывать его из золы растений рода Солянка, из озер и использовать для чистки бытовых предметов, стирки белья, изготовления различного мыла.

Чуть позже арабы научились добавлять в продукт эфирные масла, ароматические вещества. Тогда мыло стало красивым и приятно пахнущим. Начиналось активное развитие процессов и технологий мыловарения.

До самого XVII века едкий натр, свойства которого вовсю использовались, как химическое соединение оставался неизученным. Его объединяли с такими веществами, как сода, гидроксид натрия. Все они носили название едких щелочей.

Позже ученый Дюамель дю Монсо сумел доказать различие этих веществ и разделил их на щелочи и соли. С тех пор едкий натр и получил свое истинное и постоянное до сегодняшнего дня имя.

Синонимы названий

Следует отметить, что название этого вещества неодинаково и имеет несколько синонимов. Всего можно обозначить 6 разных вариантов:

• гидроксид натрия;
• натр едкий;
• сода каустическая;
• натриевая щелочь;
• каустик;
• едкая щелочь.

Каустической содой данное соединение называют в простонародье и промышленности. В химических синтезах более правильно говорить натриевая щелочь или едкий натр. Формула от этого не меняется. Самое обыденное название - каустик. Правильным с точки зрения систематической номенклатуры веществ является название гидроксид натрия.

Химическая формула и строение молекулы

Если рассматривать данное вещество с точки зрения химии, то оно будет состоять из двух ионов: катиона натрия (Na +) и гидроксид-аниона (ОН -). Связываясь между собой за счет электростатического притяжения разнозаряженных частиц, данные ионы формируют едкий натр. Формула эмпирического вида будет NaOH.

Гидроксогруппа образована между кислородом и водородом, при этом с натрием она удерживается ионной связью. В растворе щелочь полностью диссоциирует на ионы, являясь сильным электролитом.

Лабораторный способ получения

Промышленные и лабораторные способы получения едкого натра тесно перекликаются. Часто в малых количествах его получают химическими и электрохимическими методами в более маленьких установках, чем на промышленных объектах. А тонны вещества теми же способами производятся в огромных колоннах электролизерах.

Можно назвать несколько основных способов синтеза каустика в лаборатории.

1. Ферритный способ. Состоит из двух основных этапов: на первом происходит спекание под действием высокой температуры карбоната натрия и оксида железа (III). В результате образуется феррит натрия (NaFeO 2). На втором этапе он подвергается действию воды и разлагается с образованием гидроксида натрия и смеси железа с водой (Fe 2 O 3 *H 2 O). Полученный едкий натр из раствора выпаривают до кристаллов или хлопьев белого цвета. Его чистота составляет примерно 92%.
2. Известковый способ. Заключается в реакции взаимодействия между карбонатом натрия и гидроксидом кальция с образованием карбоната кальция и каустика. Реакцию проводят при температуре 80 о С. Так как образующаяся соль выпадает в осадок, то ее легко отделяют. Оставшийся раствор выпаривают и получают натриевую щелочь.
3. Диафрагменный и мембранный способ получения. Основан на работе установки электролизера. В нее подается раствор соли поваренной (NaCL), который подвергается электролизу с образованием свободного газообразного хлора и нужного продукта каустика. Разница данных методов в том, что при диафрагменном способе главной структурной частью устройства является диафрагма из асбеста (катод). При мембранном способе катодное и анодное пространство разделено специальной мембраной.

Таким образом и получают в лаборатории гидроксид натрия, выбирая наиболее выгодный в материальном плане вариант. Он же, как правило, менее энергозатратный.

Синтез в промышленности

Как же получают в промышленности такое вещество, как натр едкий? Жидкий и твердый каустик добывается чаще всего электрохимическим способом. Он основан на электролизе раствора природного минерала галита, подавляющая часть которого сформирована поваренной солью.

Главная особенность такого синтеза в том, что побочными продуктами вместе с едким натром являются газообразные хлор и водород. Процесс осуществляется в любом из трех вариантов:

• электролиз диафрагменный на твердом катоде;
• с жидким катодом из ртути;
• мембранный с твердым катодом.

Подавляющее большинство производимого в мире каустика образуется все же по методу с мембраной. Полученная щелочь отличается достаточно высоким уровнем чистоты.

Области применения

Существует достаточно много отраслей, в которых актуален едкий натр. Применение основано на его химических и физических свойствах, делающих данное соединение незаменимым во многих синтезах и процессах.

Можно выделить несколько основных областей, в которых гидроксид натрия - обязательный элемент.

1. Химическое производство (синтез сложных эфиров, мыла, жиров, получение волокон, травление алюминия, для получения продуктов нефтепереработки, как катализатор во многих процессах; является основным веществом для нейтрализации кислот и соответствующих им оксидов; в аналитической химии применяется для титрования; также используется для получения чистых металлов, многих солей, других оснований и органических соединений).
2. При производстве бумаги для обработки целлюлозы древесины (избавления от древесного вещества лигнина).
3. В хозяйственной деятельности человека также незаменим едкий натр. Применение многочисленных моющих и чистящих средств на его основе очень актуально. Мыловарение, получение шампуней - все это не обходится без каустической соды.
4. Необходим для синтеза биотоплива.
5. Применяется в государственных масштабах для дегазации и нейтрализации воздействующих на организмы.
6. Производство лекарств и наркотических средств.
7. Пищевая отрасль - кондитерские изделия, шоколад, какао, мороженое, окрашивание конфет, маслин, выпечка хлебобулочных изделий.
8. В косметологии для удаления инородных образований (родинки, папилломы, бородавки).
9. Используется на ликеро-водочных и табачных комбинатах.
10. В текстильной промышленности.
11. Производство стекла: цветного, обычного, оптического и прочего.

Очевидно, что гидроксид натрия - очень важное и полезное в деятельности человека вещество. Совершенно не зря оно синтезируется в мире ежегодно в тоннах - 57 миллионов и более.

Физические свойства

Белое порошкообразное вещество, иногда бесцветное. Может быть в виде мелкокристаллического порошка либо в виде хлопьев. Чаще в форме крупных кристаллов. Температура плавления достаточно низкая - 65,1 о С. Очень быстро поглощает влагу и переходит в гидратированную форму NaOH·3,5Н 2 О. В этом случае температура плавления еще меньше, всего 15,5 о С. Практически неограниченно растворяется в спиртах, воде. На ощупь как твердое вещество, так и жидкое мылкое.

Очень опасное в концентрированном и разбавленном виде. Способно повреждать все оболочки глаза, вплоть до зрительных нервов. Попадание в глаза может закончиться слепотой. Поэтому работа с данным соединением крайне опасна и требует защитных приспособлений.

Химические свойства

Едкий натр свойства проявляет точно такие же, как и все щелочи: взаимодействует с оксидами, амфотерными оксидами и гидроксидами, солями. Из неметаллов вступает в реакции с серой, фосфором и галогенами. Также способен реагировать с металлами.

В органической химии гидроксид натрия вступает во взаимодействие с амидами, эфирами, галогензамещенными алканами.

Условия хранения

Хранение натра едкого осуществляется по определенным условиям. Это объясняется тем, что он крайне реакционноспособен, особенно, когда помещение влажное. Основными условиями можно назвать следующие.

1. Хранение вдали от отопительных приборов.
2. Герметично закрытые и запаянные упаковки, не способные пропускать влагу.
3. Сухой кристаллический каустик хранится в мешках специального состава (плотный полиэтилен), жидкий - в темной стеклянной таре с притертыми пробками. Если же количество его большое и требует транспортировки, то раствор натра едкого помещают в специальные стальные контейнеры и канистры.

Перевозить данное вещество можно любым известным способом с соблюдением правил техники безопасности, исключая транспортировку по воздуху.

Жидкая натриевая щелочь

Помимо кристаллического, существует еще водный раствор едкого натра. Формула его та же, что и для твердого. В химическом отношении растворы более применимы и удобны в использовании. Поэтому в такой форме каустик используется чаще.

Раствор едкого натра, формула которого - NaOH, находит применение во всех вышеперечисленных областях. Он неудобен только при транспортировании, так как перевозить лучше сухой каустик. По всем остальным свойствам нисколько не уступает кристаллам, а в некоторых и превосходит их.

Гидроксид натрия, натрий гидроксид — неорганическое соединение, гидроксид состав NaOH. Представляет собой белые, непрозрачные и очень гигроскопичные кристаллы. Вещество хорошо растворимый в воде при соединении с водой выделяется большое количество тепла.

Проявляет сильные щелочные свойства. Значение pH 1% -го водного раствора составляет 13.

Гидроксид натрия является токсичным соединением, может также вызывать коррозию металлов. Вещество применяется в производстве многочисленных продуктов, в частности, поверхностно-активных веществ, бумаги, косметики, лекарственных средств.

Физические свойства

Гидроксид натрия NaOH — белое твердое вещество. Оставленный на воздухе едкий натрий вскоре рассеивается так как притягивает влагу из воздуха. Вещество хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты.

Растворимость в метаноле составляет 23,6 г / л (при 28 ° C), в этаноле — 14,7 г / л (28 ° C).

Раствор едкого натра ошибкой на ощупь.

Термодинамика растворов

Энтальпия растворения для бесконечно разбавленного водного раствора составляет -44,45 кДж / моль.

Из водных растворов кристаллизуются гидраты:

• при 12,3-61,8 ° C — моногидрат NaOH · H 2 O (сингониях ромбическая, температура плавления 65,1 ° C; плотность 1,829 г / см; ΔH 0 утв -425,6 кДж / моль)
• в интервале -28 … -24 ° C — гептагидрат NaOH · 7H 2 O;
• от -24 до -17,7 ° C — пентагидрат NaOH · 5H 2 O;
• от -17,7 до -5,4 ° C — тетрагидрат NaOH · 4H 2 O (α-модификация);
• от -8,8 до 15,6 ° C — NaOH · 3,5Н 2 О (температура плавления 15,5 ° C).
• от 0 ° C до 12,3 ° C — дигидрат NaOH · 2H 2 O;

Получение

Исторически первым методом получения гидроксида натрия было взаимодействие соды Na 2 CO 3 и гашеной водой извести CaO:

Проведению реакции способствует перемешивание и высокая температура, поэтому ее осуществляли в стальных реакторах с мешалками. После получения продуктов, от продуктов отделяли растворим карбонат кальция и выпаривали остаточный раствор гидроксида натрия при 180 ° C в чугунных емкостях без доступа воздуха. Таким образом можно было получить раствор концентрацией до 95%.

В 1892 году независимо друг от друга американский ученый Гамильтон Кастнер и австриец Карл Кельнер открыли способ получения гидроксида электролизом хлорида натрия, который широко распространен в природе. Течение реакций можно описать суммарным уравнением:

Этот метод и по сей день является основным промышленным способом добывания NaOH, однако некоторые условия проведения синтеза испытывали модификаций. В частности, для предотвращения протекания реакций между продуктами и исходными веществами различные этапы взаимодействия проводят в отдельных реакторах или разграничиваются. По этому критерию различают три основных метода: ртутный, диафрагменные и мембранный.

Ртутный процесс

В оригинальном методе синтеза NaOH в качестве катода используется ртутный электрод. Попадая на катод, ионы натрия образуют там жидкие амальгамы переменного состава NaHg n:

Амальгамы выделяются из реакционной системы и переводятся в другую, где происходит разложение амальгамы водой с образованием гидроксида натрия:

По этому методу образуется раствор NaOH концентрацией 50-73% и практически свободен от загрязняющих примесей (хлора, хлорида натрия). Образована в результате разложения ртуть возвращается в электрод.

На аноде (графитовом или другом) происходит окисление хлорид-ионов с образованием свободного хлора

Кроме этого, имеют место также побочные реакции: окисление гидроксид-иона и электрохимическое образования хлорат-иона. Гидролизом полученного хлора могут образовываться и незначительные количества гипохлорит-ионов.

Диафрагменные процесс

В диафрагменного методе пространство между катодом и анодом разъединен перегородкой, которая не пропускает растворы и газы, однако не препятствует прохождению электрического тока и миграции ионов. Обычно, в качестве таких перегородок используется асбестовая ткань, пористые цементы, фарфор и т.

В анодный пространство подается раствор NaCl: на аноде (графитовом или магнетитовых) восстанавливаются хлорид-ионы, а катионы Na + (и, частично, анионы Cl -) мигрируют сквозь диафрагму к катодной пространства. Там катионы где сочетаются с гидроксид-ионами, образованными восстановлением воды на железном или медном катоде:

С катодной пространства в результате выделяется смесь гидроксида и хлорида натрия с содержанием NaOH 10-15% (и около 18% NaCl). Путем испарения удается увеличить концентрацию гидроксида до 50%, но содержание хлорида все равно остается существенным. Для выделения хлорида из смеси, ее обрабатывают жидким аммиаком с образованием легковиддилюваного хлорида аммония (однако, этот способ является малораспространенным за высокой стоимости его проведения). Также применяется метод, который заключается в охлаждении смеси и выделении кристаллов гидрата NaOH · 3,5H 2 O, которые в дальнейшем дополнительно дегидратують.

Мембранный процесс

Этот способ был разработан в 1970-х годах компанией «DuPont» и считается наиболее совершенным из существующих. В мембранном процессе в реакторе устанавливается катионообменная мембрана, которая является проницаемой для ионов Na +, движущихся в катодный пространство, и подавляет миграцию гидроксид-ионов, которые мигрируют в обратном направлении — таким образом в катодном пространстве увеличивается концентрация составляющих NaOH. Экономически выгодной для синтеза считается концентрация 30-35%, а новейшие мембраны позволяют увеличить это значение до 50%.

По этому методу хлорид натрия теоретически не образуется, но проникновение хлорид-ионов через мембрану все же может иметь место.

Получение твердого NaOH

Твердый NaOH (каустическая сода) получают выпариванием его раствора к содержимому воды меньше 0,5-1,5%. Сначала 50% -ный раствор выпаривают в вакууме до концентрации 60%, а концентрацию 99% достигают с применением теплоносителей (смесь NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) при температуре выше 400 ° C: раствор подается насосом в разогретую камеру для испарения, где отделяется остальные воды.

Марки

Гидроксид натрия выпускается в двух видах: твердом и жидком. Твердая гранулированная каустическая сода представляет собой белую твердую массу с размером чешуек 0,5-2 см. Редкий раствор каустической соды — бесцветный. Коммерчески важны растворы гидроксида натрия с концентрацией 50%.

Технический едкий натр выпускают следующих марок:

• ТР — твердый ртутный;
• ТД — твердый диафрагменный (плавленый)
• РР — раствор ртутный;
• РХ — раствор химический;
• РД — раствор диафрагменный.

Химические свойства

Гидроксид натрия активно поглощает влагу из воздуха, образуя гидраты различного состава, которые разлагаются при нагревании:

В растворах соединение хорошо распадается:

Проявляя сильные щелочные свойства, гидроксид натрия легко взаимодействует с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами:

NaOH легко взаимодействует с галогенами, а при высоких температурах — также и с металлами:

При взаимодействии с солями, которые являются производными слабых оснований, образуются соответствующие гидроксиды:

Реагируя с монооксидом углерода, синтезируется формиат натрия:

Требования безопасности

Сода каустическая пожаро- и взрывобезопасная. Едкая, коррозионно активное вещество. По степени воздействия на организм относится к веществам 2-го класса опасности. Как твердое вещество, так и концентрированные его растворы вызывают очень сильные ожоги. Попадание щелочи в глаза может привести к тяжелым заболеваниям и даже к потере зрения. При попадании на кожу, слизистые оболочки, глаза образуются сильные химические ожоги. При попадании на кожу — промыть слабым раствором уксусной кислоты.

При работе используют защитные средства: защитные очки, резиновые перчатки, прорезиненный химостойких одежду.

Применение

Гидроксид натрия применяется во многих отраслях промышленности и в быту:

• Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волокнистых плит.
• Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств. В последнее время продукты на основе гидроксида натрия (с добавлением гидроксида калия, нагретые до 50-60 градусов Цельсия, применяются в сфере промышленной мойки для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и других масляных веществ, а также остатков механической обработки.
• В химических отраслях промышленности — для нейтрализации кислот и кислотных оксидов, как реагент или катализатор в химических реакциях, в химическом анализе для титрования, для травления алюминия и в производстве чистых металлов, в нефтепереработке — для производства масел.
• Для изготовления биодизельного топлива — которое получают из растительных масел и используют для замены обычного дизельного топлива. Для получения биодизеля в девяти массовых единиц растительного масла добавляют одну массовую единицу спирта (то есть соблюдается пропорция 9: 1), а также щелочной катализатор (NaOH). Полученный эфир (главным образом линолевой кислоты) отличается превосходной воспламеняемости, что обеспечивается высоким цетановым числом. Если для минерального дизтоплива характерен показатель в 50-52%, то метиловый эфир соответственно 56-58% цетана. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое и другие, кроме тех, в составе которых высокое содержание пальмитиновой кислоты (пальмовое масло). При ее производстве в процессе этерификации также образуется глицерин который используется в пищевой, косметической и бумажной промышленности, или перерабатывается в Эпихлоргидрин по методу Сольве.
• Как агент для растворения засоров канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия дезагрегуе засорения и способствует легкому продвижению его далее по трубе.
• В гражданской обороне для дегазации и нейтрализации ядовитых веществ, в том числе зарина, в ребризера (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки воздуха, выдыхаемого от углекислого газа.
• Гидроксид натрия также используется для мойки пресс-форм автопокрышек.
• В приготовлении пищи: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожуры, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, покраске карамели, для размягчения маслин и предоставления им черного окраса, при производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрировано в качестве пищевой добавки E524.
• В косметологии для удаления ороговевших участков кожи: бородавок, папиллом.

Видео по теме

Изображения по теме

Каустическая сода - самая распространённая щёлочь, объемы производства и потребления которой в год составляют до 57 миллионов.
Чистый гидроксид натрия NаОН представляет собой белую непрозрачную массу, жадно поглощающую из воздуха водяные пары и углекислый газ.
Существуют две модификации безводного едкого натра –α-NаОН с ромбической формой кристаллов и β-NаОН с кристаллами кубической формы. С водой NаОН образует ряд кристаллогидратов: NaOH*H 2 O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.
Температура плавления = 323 гр. С, температура кипения = 1403 гр. С.
Плотность = 2,02 г/см 3 .

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13).
Это очень сильное химическое основание , вступает в реакции, характерные для типичных оснований.

Взаимодействует с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твердых веществ - реакции нейтрализации . Вступает в реакции с кислотами, с амфотерными оксидами (в растворе и расплаве), с кислотными оксидами - с образованием солей.

Например:
2NaOH + 2HCl = 2NaCl + H 2 O
ZnO + 2NaOH (расплав) = Na 2 ZnO 2 + H 2 O
ZnO + 2NaOH (раствор) + H 2 O = Na 2 + H 2
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (при избытке NaOH)
Взаимодействие с кислотными оксидами используется для очистки промышленных выбросов от кислотных газов (например: CO 2 , SO 2 и H 2 S).

Как сильная щелочь NaOH вытесняет более слабые основания из солей:
2NaOH + CoCl 2 = 2NaCl + Co(OH) 2

Это свойство применяют для осаждения гидроксидов металлов едким натром.
Например, таким образом очищают воду от мелких взвесей (получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе).
6NaOH + Al 2 (SO 4) 3 = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 .

Также гидроксид натрия вступает в реакции с неметаллами :
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O
2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O

и металлами (имеющими высокий электрохимический потенциал):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 3H 2 + 2Na

Со спиртами образует алкоголяты:
HO-CH 2 -CH 2 ОН + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2Н 2 O

Участвует в реакциях гидролиза (взаимодействие с эфирами, амидами и алкилгалогенидами):
ROOR 1 + NaOH = ROONa + R 1 OH (эфир + гидроксид натрия = карбоксилат натрия + спирт)

Это свойство щелочи широко применяется в промышленности, при получении твердого мыла (в случае взаимодействия гидроксида натрия с мылом (омыление ) реакция необратима):
(C 17 H 35 COO) 3 C 3 H 5 + 3NaOH = C 3 H 5 (OH) 3 + 3C 17 H 35 COONa

Продукт очень агрессивен! Он разрушает стекло и фарфор за счет взаимодействия с содержащимся в них диоксидом кремния (выщелачивание силикатов ): 2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O, а также материалы органического происхождения (бумагу, кожу и пр).

Класс опасности
Едкий натр представляет собой едкое вещество. При попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого натра в глаза. Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) - 0,5 мг/м3.
Каустическая сода пожаро- и взрывобезопасна, относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Упаковка, транспортировка, хранение
Технический едкий натр транспортируют железнодорожным, автомобильным, водным транспортом в крытых транспортных средствах в упаковке и наливом в железнодорожных и автомобильных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Железнодорожным транспортом продукт перевозят в бочках, барабанах, ящиках повагонно.
Технический едкий натр, предназначенный для медицинской промышленности и производства искусственного волокна, по требованию потребителя транспортируют в железнодорожных цистернах с котлами из нержавеющей стали или гуммированными, принадлежащих потребителю или изготовителю.
Цистерны заполняют едким натром до полной вместимости с учетом объемного расширения продукта при возможном перепаде температур в пути следования.
Перед заливом цистерн с остатком раствора едкого натра должен быть проведен анализ остатка на соответствие требованиям настоящего стандарта. Если анализ остатка соответствует требованиям настоящего стандарта, то цистерну заполняют продуктом; если анализ остатка не соответствует требованиям настоящего стандарта, то остаток удаляют, а цистерну промывают.

Технический едкий натр, упакованный в специализированные контейнеры, транспортируют только автомобильным транспортом.

Продукт, упакованный в бочки, барабаны и ящики, транспортируют в пакетированном виде по ГОСТ 26663, ГОСТ 24957, ГОСТ 21650, ГОСТ 21140, на поддонах по ГОСТ 9557 и ГОСТ 26381.

Раствор технического едкого натра хранят в закрытых емкостях из материала, стойкого к щелочам.
Упакованный продукт хранят в складских неотапливаемых помещениях.

Применение
Едкий натр находит широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности и для бытовых нужд.
- В химической и нефтехимической промышленности (на их долю приходится около 57% суммарного объема российского потребления NaOH)- для нейтрализации кислот и кислотных оксидов, как реагент или катализатор в химических реакциях, в химическом анализе для титрования, для травления алюминия и в производстве чистых металлов, в нефтепереработке - для производства масел.
- Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит.,
- Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств.
- В производстве биодизельного топлива, получаемого из растительных масел и используемого для замены обычного дизельного топлива.
- В качестве агента для растворения засоров канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия дезагрегирует засор и способствует лёгкому продвижению его далее по трубе.
- Дегазации и нейтрализации отравляющих веществ, в том числе зарина, в ребризерах (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа.
- В пищевой промышленности: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, окрашивания карамели, для размягчения маслин и производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E524.
- В цветной металлургии, энергетике, в текстильной промышленности, для регенерации резины.

ПОЛУЧЕНИЕ

В начале 19 века производство каустической соды (NаОН) было тесно связано с развитием производства кальцинированной соды. Эта взаимосвязь была обусловлена тем, что сырьем для химического способа получения NаОН служила кальцинированная сода, которая в виде содового раствора каустифицировалась известковым молоком. В конце 19 века стали быстро развиваться электрохимические методы получения NаОН электролизом водных растворов NаСl. При электрохимическом способе получения одновременно с NаОН получают хлор, который находит широкое применение в промышленности тяжелого органического синтеза и в других областях промышленности, что объясняет быстрое развитие электрохимического производства NаОН.

На сегодняшний день каустическую соду получают либо путем электролиза раствора хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо, реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество производимой в мире кальцинированной соды используется для получения каустической соды.

Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция:
Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + 2NaOH
Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится в коллектор.

Электролизные методы. В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия – отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия.

В большинстве промышленных установок, используемых для получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью диафрагмы (диафрагменный метод ), помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор. Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное отделение. В установке с непогруженной диафрагмой раствор каустической соды отводится из катодного отделения по мере образования, так что камера оказывается пустой. В некоторых установках с непогруженной диафрагмой в пустое катодное отделение напускается водяной пар, чтобы облегчить удаление каустической соды и поднять температуру.

В диафрагменных установках получается раствор, содержащий как каустическую соду, так и соль. Большая часть соли выкристаллизовывается, когда концентрация каустической соды в растворе доводится до стандартного значения 50%. Такой «стандартный» электролизный раствор содержит 1% хлорида натрия. Продукт электролиза пригоден для многих применений, например для производства мыла и чистящих препаратов. Однако для производства искусственного волокна и пленки требуется каустическая сода высокой степени очистки, содержащая менее 1% хлорида натрия (соли). «Стандартный» жидкий каустик можно надлежащим образом очистить методами кристаллизации и осаждения.

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

Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить в установке с ртутным катодом (ртутный электролиз ). Металлический натрий образует с ртутью амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Хотя концентрация и чистота соляного раствора для установки с ртутным катодом более важны, чем для установки с диафрагмой, в первой получается каустическая сода, пригодная для производства искусственного волокна. Ее концентрация в растворе составляет 50–70%. Более высокие затраты на установку с ртутным катодом оправдываются получаемой выгодой.

Литература:
ГОСТ 2263-79: Натр едкий технический. Технические условия. - М., ИПК Издательство стандартов, 2001; Популярная библиотека химических элементов. - М., Наука, 1977; Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Курс лекций. - Кафедра химии и экологии НовГУ, 2007; Основы общей химии, т. 3, Б. В. Некрасов. - М., Химия, 1970; Общая химическая технология. Фурмер И. Э., Зайцев В. Н. - М., Высшая школа, 1978

Введение .

Гидроксид натрия или едкий натр (NaOH), хлор, соляная кислота НС1 и водород получают в промышленности в настоящее время методом электролиза раствора хлорида натрия.

Едкий натр или гидроксид натрия - сильная щелочь, называемая в быту каустической содой, применяется в мыловарении, в производстве глинозема - полупродукта для получения металлического алюминия, в лакокра­сочной, нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве искусственного шелка, в промышленности органического синтеза и других отраслях народного хозяйства.

При работе с хлором, хлористым водородом, соляной кислотой и едким натром необходимо строго соблюдать правила техники без­опасности: вдыхание хлора вызывает резкий кашель и удушье, вос­паление слизистых оболочек дыхательных путей, отек легких, а в дальнейшем образование в легких воспалительных очагов.

Хлористый водород даже при незначительном содержании его в воздухе вызывает раздражение в носу и гортани, покалывание в груди, хрипоту и удушье. При хроническом отравлении малыми его концентрациями особенно страдают зубы, эмаль которых быстро разрушается.

Отравления соляной кислотой весьма сходны с отравлениями хлором.

Химические способы получения гидроксида натрия.

К химическим способам получения гидроксида натрия относятся из­вестковый и ферритный.

Известковый способ получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при темпе­ратуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он описывается реакцией

Na 2 C0 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaC0 3 (1)

растворосадок

По реакции (1) получается 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:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)

феррит натрия

Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)

раствор осадок

реакция (2) показывает процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100-1200°С. При этом об­разуется спек - ферритнатрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции (3); получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe 2 O 3 , 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 и др. В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическим способом производства.

Понятие об электролизе и электрохимических процессах.

Элек­трохимическими процессами называют химические процессы, про­текающие в водных растворах или расплавах под действием по­стоянного электрического тока.

Растворы и расплавы солей, растворы кислот и щелочей, назы­ваемые электролитами, относятся к проводникам второго рода, в которых перенос электрического тока осуществляется ионами. (В проводниках первого рода, например металлах, ток переносится электронами.) При прохождении электрического тока через элек­тролит на электродах происходит разряд ионов и выделяются соот­ветствующие вещества. Этот процесс называется электролизом. Аппарат, в котором осуществляется электролиз, называется элек­тролизером или электролитической ванной.

Электролиз используется для получения ряда химических про­дуктов- хлора, водорода, кислорода, щелочей и др. Следует отме­тить, что путем электролиза получают химические продукты высо­кой степени чистоты, в ряде случаев недостижимой при химических методах их производства.

К недостаткам электрохимических процессов следует отнести высокий расход энергии при электролизе, что увеличивает стоимость получаемых продуктов. В связи с этим проведение электрохимиче­ских процессов целесообразно только на базе дешевой электриче­ской энергии.

Сырье для получения гидроксида натрия.

Для производства гидроксида натрия, хлора, водорода используют раствор поваренной соли, который подвергают электролизу Поваренная соль встречается в природе в виде подземных залежей каменной соли, в водах озер и морей и в виде естественных рассо­лов или растворов. Залежи каменной соли находятся в Донбассе, на Урале, в Сибири, Закав­казье и других районах. Богаты солью у нас в стране и некоторые озера.

В летнее время происходит испаре­ние воды с поверхности озер, и пова­ренная соль выпадает в виде кристал­лов. Такая соль называется самосадоч­ной. В морской воде содержится до 35 г/л хлорида натрия. В местах с жарким климатом, где происходит ин­тенсивное испарение воды, образуются концентрированные растворы хлорида натрия, из которых он кристалли­зуется. В недрах земли, в пластах соли протекают подземные воды, которые растворяют NaCl и образуют подзем­ные рассолы, выходящие через буровые скважины на поверхность.

Растворы поваренной соли, независимо от пути их получения содержат примеси солей кальция и магния и до того, как они передаются в цеха электролиза, подвер­гаются очистке от этих солей. Очистка необходима потому, что в процессе электролиза могут образовываться плохо растворимые гидроокиси кальция и магния, которые нарушают нормальный ход электролиза.

Очистка рассолов производится раствором соды и известковым молоком. Помимо химической очистки, растворы осво­бождаются от механических примесей отстаиванием и фильтрацией.

Электролиз растворов поваренной соли производится в ваннах с твердым железным (стальным) катодом и с диафрагмами и в ваннах с жидким ртутным катодом. В любом случае промышленные элект­ролизеры, применяемые для оборудования современных крупных хлорных цехов, должны иметь высокую производительность, про­стую конструкцию, быть компактными, работать надежно и устой­чиво.

Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом .

Дает возможность получать гидроксид натрия, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия можно ожидать выделения хлора:

2CI - - 2е Þ С1 2 (а)

а также кислорода:

20Н - - 2е Þ 1/2О 2 + Н 2 О(б)

H 2 0-2eÞ1/2О 2 + 2H +

Нормальный электродный потенциал разряда ОН - -ионов состав­ляет + 0,41 в, а нормальный электродный потенциал разряда ионов хлора равен + 1,36 в. В нейтральном насыщенном растворе хлористого натрия концентрация гидроксильных ионов около 1 ·10 - 7 г-экв/л. При 25° С равновесный потенциал разряда гидрок­сильных ионов будет

Равновесный потенциал разряда, ионов хлора при концентра­ции NaCI в растворе 4,6 г-экв/л равен

Следовательно, на аноде с малым перенапряжением должен в первую очередь разряжаться кислород.

Однако на графитовых анодах перенапряжение кислорода много выше перенапряжения хлора и поэтому на них будет происходить в основном разряд ионов С1 - с выделением газообразного хлора по реакции (а).

Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации NaCI в растворе вследствие уменьшения при этом величины равно­весного потенциала. Это является одной из причин использования при электролизе концентрированных растворов хлорида натрия, содержащих 310-315 г/л.

На катоде в щелочном растворе происходит разряд молекул воды по уравнению

Н 2 0 + е = Н + ОН - (в)

Атомы водорода после рекомбинации выделяются в виде моле­кулярного водорода

2Н Þ Н 2 (г)

Разряд ионов натрия из водных растворов на твердом катоде невозможен вследствие более высокого потенциала их разряда по сравнению с водородом. Поэтому остающиеся в растворе гидроксид - ионы образуют с ионами натрия раствор щелочи.

Процесс разложения NaCI можно выразить таким образом сле­дующими реакциями:

т. е. на аноде идет образование хлора, а у катода - водорода и гидроксида натрия.

При электролизе, наряду с основными, описанными процессами, могут протекать и побочные, один из которых описывается урав­нением (б). Помимо этого, хлор, выделяющийся на аноде, частично растворяется в электролите и гидролизуется по реакции

В случае диффузии щелочи (ионов ОН -) к аноду или смещения катодных и анодных продуктов хлорноватистая и соляная кислоты нейтрализуются щелочью с образованием гипохлорита и хлорида натрия:

НОС1 + NaOH = NaOCl + Н 2 0

НС1 + NaOH = NaCl + Н 2 0

Ионы ClO - на аноде легко окисляются в ClO 3 - . Следовательно, из-за побочных процессов при электролизе будут образовываться гипохлорит, хлорид и хлорат натрия, что приведет к сниже­нию выхода по току и коэффициента использования энергии. В ще­лочной среде облегчается выделение кислорода на аноде, что также будет ухудшать показатели электролиза.

Чтобы уменьшить протекание побочных реакций, следует соз­дать условия, препятствующие смешению катодных и анодных про­дуктов. К ним относятся разделение катодного и анодного пространств диафрагмой и фильтрация электролита через диафрагму в на­правлении, противоположном движению ОН - ионов к аноду. Такие диафрагмы называются фильтрующими диафрагмами и выполняются из асбеста.