Гидроксид натрия. Гидроксид натрия, его физические и химические свойства

Введение

Вы пришли в магазин, стремясь купить мыло без запаха. Естественно, для того чтобы понять, какие продукты из данного ассортимента имеют запах, а какие - нет, вы берете в руки каждую бутылочку с мылом и читаете его состав и свойства. Наконец выбрали подходящее, но во время просмотра различных составов мыла заметили странную тенденцию - практически на всех бутылочках было написано: "В структуру мыла входит гидроксид натрия". Такова стандартная история знакомства большинства людей с гидроксидом натрия. Какая-то половина людей "плюнет и забудет", а какая-то - захочет узнать о нем побольше. Вот для них я сегодня и расскажу, что это за вещество.

Определение

Гидроксид натрия (формула NaOH) является самой распространенной в мире щелочью. Для справки: щелочь - это хорошо растворимое в воде основание.

Название

В разных источниках его могут обозвать гидратом окиси натрия, каустической содой, каустиком, едким натром или едкой щелочью. Хотя название "едкая щелочь" можно применить ко всем веществам этой группы. Только в XVIII веке им дали отдельные наименования. Также существует "перевернутое" название описываемого сейчас вещества - натрия гидроксид, обычно употребляемое в украинских переводах.

Свойства

Как я уже сказала, гидроксид натрия хорошо растворим в воде. Если положить даже небольшой его кусочек в стакан с водой, через несколько секунд он воспламенится и будет с шипением "носиться" и "прыгать" по ее поверхности (фото). И это будет продолжаться до тех пор, пока он полностью в ней не растворится. Если после завершения реакции вы опустите руку в получившийся раствор, то он будет мылким на ощупь. Чтобы узнать, насколько сильна щелочь, в нее опускают индикаторы - фенолфталеин или метилоранж. Фенолфталеин в ней приобретает малиновую окраску, а метилоранж - желтую. В гидроксиде натрия, как и во всех щелочах, присутствуют гидроксид-ионы. Чем больше их в растворе, тем ярче цвет индикаторов и сильнее щелочь.

Получение

Существует два пути получения гидроксида натрия: химический и электрохимический. Рассмотрим детальнее каждый из них.

Применение

Делигнификация целлюлозы, производство картона, бумаги, древесно-волоконных плит и искусственных волокон не обходятся без гидроксида натрия. А при его реакции с жирами получают мыло, шампуни и другие моющие средства. В химии он используется в качестве реагента или катализатора во многих реакциях. Еще гидроксид натрия известен как пищевая добавка Е524. И это еще не все отрасли его применения.

Заключение

Теперь вы знаете о гидроксиде натрия всё. Как видите, он приносит человеку очень большую пользу - как в промышленности, так и в быту.

У скандинавских народов к рождественскому столу традиционно подают лютефиск. Дословно это название переводится как «рыба в щелочи», что, по сути, точно характеризует блюдо. Лютефиск – это предварительно высушенная рыба, которую несколько дней выдерживают в щелочном растворе, затем вымачивают в , обжаривают и подают к столу. В таком виде рыба приобретает необычную желеобразную консистенцию. В чем секрет? В том, что щелочной раствор скандинавы готовят из каустической соды – того самого агрессивного вещества, который в нашей стране больше знают, как средство для эффективного очищения канализационных труб. Наверное, многие сейчас подумали: «О, ужас! Как они могут это кушать?». Но должны вас еще больше ошеломить. Большинство из нас, если не ежедневно, то регулярно употребляет в пищу, содержащую каустическую соду. Просто в пищевой промышленности она прячется под другим именем – добавка Е524.

Общая характеристика

Научное название добавки Е524 – гидроксид натрия или едкий натр. Это очень агрессивное вещество синтетического происхождения не имеет аналогов в природе. В естественных для себя условиях оно принимает вид белых чешуек или небольших гранул мыльных на ощупь.

В наше время широко используется в разных отраслях жизнедеятельности, в том числе медицине, фармакологии, пищевой индустрии. В сельском хозяйстве, например, каустическую соду используют для проверки коровьего на наличие примесей. Это вещество применяют в производстве разных видов бытовой химии (самые популярные – для прочистки водопроводных и канализационных труб). В косметологии едкий натр добавляют в шампуни, мыло, жидкости для снятия лака, кремы, а также в средства для избавления от ороговевшей кожи. Кроме того, гидроксид натрия – незаменимое вещество в нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности и в производстве дизельного топлива.

В пищевой промышленности гидроксид натрия используют для регуляции кислотности, как стабилизатор и эмульгатор. Несмотря на весьма агрессивные свойства и внушительный список побочных эффектов, каустическая сода в качестве пищевой добавки разрешена во всем мире.

Опасные свойства каустической соды

Каустическая сода – довольно опасное вещество. На коже и слизистых оболочках при контакте с ней образуются глубокие и очень болезненные раны. Очень опасен контакт каустической соды с глазами, так как вызывает атрофию зрительного нерва, что ведет к слепоте. Если случайно вдохнуть порошок едкого натра, начнется приступ сильного кашля, одышка, появится боль в горле и даже возможен отек дыхательных легких. И можно только представить себе, что это вещество способно делать с нашими внутренними органами. Если случайно проглотить каустическую соду, очень быстро в животе появится сильная боль и чувство жжения, возможен анафилактический шок. При малейшем подозрении на отравление гидроксидом натрия важно немедленно вызвать скорую помощь. Участки кожи, пораженные едким натром, следует промыть несильным раствором борной или уксусной кислоты, слизистые оболочки – чистой водой, глаза – сначала обработать очень слабым раствором борной кислоты, а затем водой.

Хоть в пищевой промышленности гидроксид натрия используют в микродозах, но при регулярном употреблении пищи, содержащей Е524, возможны побочные эффекты.

В чем может содержаться

Пищевая добавка Е524 может содержаться в самых разных группах продукции, в которых выполняет самые разные функции. Взять хотя бы джемы и мармелады, в составе которых часто содержится гидроксид натрия. В этой группе продуктов добавка играет роль регулятора и стабилизатора уровня кислотности. Если добавить некоторое количество едкого натра в тесто для выпечки, то готовая продукция получит красивую румяную хрустящую корочку.

Самая известная сдоба, приготовленная с использованием каустической соды – это немецкие рогалики. Черные консервированные получают свой темный цвет и характерную консистенцию также благодаря добавке Е524. В изделиях из , или других видов жиров гидроксид натрия ускоряет расщепление . Эта добавка приходит на помощь и тогда, когда необходимо быстро и без труда очистить плоды от кожицы. Для этого фрукты, ягоды или овощи просто обрабатывают каустической содой. Кроме того, регулятор кислотности Е524 используют в производстве кисломолочной продукции, разных видов сладостей.

Гидроксид натрия – опасное химическое соединение. И хоть в пищевой промышленности Е524 используется в небольших дозах, которые обычно не представляют опасности для человека, излишняя осторожность не повредит. Если не желаете или не можете отказаться от Е-содержащей пищи сами, то постарайтесь хотя бы минимизировать количество «ешек» в рационе маленьких детей. А для этого не забывайте перед покупкой продукта проверять, из чего он состоит.

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.

Каустическая сода – это щёлочь, получаемая электролизом раствора хлорида натрия. Способна разъедать кожу, оставлять химические ожоги. В быту есть другие названия едкого натра: NaOH, гидроксид натрия, каустик, едкая щёлочь.

Гранулы и кристаллы каустической соды

Формула гидроксида натрия – NaOH.

Атомы натрия, кислорода и водорода.

Состав

Состав каустической соды – это белые твёрдые кристаллы. Они похожи на морскую соль и легко растворяются в воде.

Каустическая сода отличается от пищевой: разные свойства, состав и формула. Щелочная среда NaOH – 13 PH, а у NaHCO 3 – всего 8,5. К тому же, пищевая сода безопасна для использования, в отличие от каустика.

Характеристики

Гидроксид натрия имеет следующие характеристики:

• Молярная масса: 39,997 г/моль;
• Температура кристаллизации (плавления): 318°C;
• Температура кипения: 1388°C;
• Плотность: 2,13 г/см³.

Срок годности каустической соды: 1 год, при соблюдении условий хранения.

Растворимость едкого натра в воде: 108,7 г/100 мл.

Класс опасности каустической соды: 2 – высокоопасное вещество. Это опасный груз при перевозке и требует соблюдения норм безопасности: в твёрдом виде перевозят в специальных мешках, в жидком – в цистернах.

Свойства

Химические и физические свойства гидроксида натрия:

• Поглощает пары из воздуха;
• Даёт обильную пену при растворении в воде и выделяет тепло;
• Реагирует с кислотой и солями тяжёлых металлов, алюминием, цинком, титаном. Также взаимодействует с кислотными оксидами, неметаллами, галогенами, эфирами, амидами.

С химическим соединением, называемым каустической содой, человек встречается ежедневно. Гидроксид натрия, химическая формула которого обозначается NaOH, относится к разряду едких и сильных щелочей, опасных для кожи и слизистых человека. Одновременно с этим она активно используется пищевой промышленностью, косметологией, фармацевтикой. Ни одно средство личной гигиены не обходится без добавления этого соединения. Химические свойства вещества сделали его самым популярным среди регуляторов кислотности и средств для поддержания консистенции.

Что такое гидроксид натрия

Это соединение – едкая щелочь, которая применяется не только пищевой, фармацевтической и косметической сферами, но и химической промышленностью. Гидроокись натрия, или каустическая сода, выпускается в виде немного скользких твердых гранул желтоватого или белого цвета. При сильной концентрации NaOH разъедает органические соединения, поэтому способен вызвать ожог. Используется как пищевая добавка Е524, необходимая для поддержания консистенции продуктов.

Формула

Вещество имеет химическую формулу NaOH. Соединение взаимодействует с различными веществами любых агрегатных состояний, нейтрализуя их, с кислотами, образуя соль и воду. Реакция с атмосферными оксидами и гидроксидами позволяет получить тетрагидроксоцинкат или алкоголят. Едкий натр применяется для осаждения металлов. Например, при реакции с сульфатом алюминия образуется его гидроксид. Осадок не растворяется и не наблюдается избыточное получение щелочи. Это актуально при очистке воды от мелких взвесей.

Свойства

Соединение растворяется в воде. Технический Sodium Hydroxide представляет собой водный раствор гидроксида натрия в щелочеустойчивой герметичной таре. При взаимодействии с водой каустик выделяет большое количество тепла. Вещество имеет следующие свойства:

• при предварительном расплавлении разрушает стекло, фарфор;
• взаимодействие с аммиаком вызывает пожароопасную ситуацию;
• кипит при 1390°С, плавится, если температура достигает 318°С;
• не растворяется в эфирах, ацетоне;
• очень гигроскопичен (поглощает пары воды из воздуха), поэтому натриевая щелочь должна храниться в сухом месте и герметичной упаковке;
• растворяется в метаноле, глицерине, этаноле;
• бурно взаимодействует с металлами – оловом, гидроксидом алюминия, свинцом, цинком, образует водород – взрывоопасный горючий яд;
• поглощает углекислый газ из воздуха.

Получение

Каустическая сода встречается в составе минерала брусита . Второе по величине месторождение сконцентрировано на территории России. Гидроокись благодаря исследованиям Николы Леблана, проведенным в 1787 г., получают методом синтеза из хлористого натрия. Позже востребованным способом добычи стал электролиз. С 1882 г. ученые разработали ферритный метод получения в лаборатории гидроксида с помощью кальцинированной соды. Электрохимический способ сейчас самый популярный: ионы натрия образуют его раствор едкой ртути – амальгаму, которая растворяется водой.

Применение гидроксида натрия

Нет более распространенной щелочи, чем каустическая сода. Ежегодно потребляется порядка 57 млн т. Едкий натрий используется при получении лекарственных препаратов, фенола, органических красителей, глицерина . Еще одна сфера применения – дезинфекция помещения из-за способности химического соединения нейтрализовать вредные для человека вещества, находящиеся в воздухе. Еще гидроокиси широко используются для поддержания формы продуктов (пищевая промышленность).

В промышленности

Гидроокись натрия относится к сильной основе для химических реакций и активно применяется разными отраслями благодаря своим свойствам :

• Целлюлозной отраслью – для устранения сульфата в составе древесных волокон для размягчения (делигнификация). Это нужно при производстве картона, бумаги, искусственных волокон.
• Химической промышленностью – применяется для производства масел, нейтрализации веществ кислотной среды, при травлении алюминия, изготовлении чистых металлов.
• Гидроокись натрия используется для получения биодизельного топлива на основе растительных масел, в результате реакции образуется глицерин.
• Соединением омывают пресс-формы автомобильных покрышек.
• В гражданской обороне он распространен при нейтрализации опасных для здоровья веществ в воздухе, дегазации.
• Применяется средство для нелегального производства наркотиков типа метамфетаминов.

Пищевая добавка

Каустическая сода очищает овощи, фрукты от кожицы. Применяется вещество для придания цвета карамели. Как пищевая добавка E524 (класс регуляторов кислотности, веществ против комкования наряду с карбонатом натрия) используется при изготовлении какао, мороженого, сливочного масла, маргарина, шоколада, безалкогольных напитков. Оливки и маслины размягчаются, приобретают черный цвет.

Пищевые продукты – рогалики и немецкие крендели (брецели) – обрабатывают едким раствором для хрустящей корочки. В скандинавской кухне существует рыбное блюдо – лютефиск . Технология приготовления включает вымачивание на протяжении 5-6 суток сушеной трески в растворе гидроокиси, пока не будет получена желеобразная консистенция. В пищевой промышленности сода помогает рафинировать растительное масло.

В производстве моющих средств

Способность взаимодействия жиров у каустика была замечена уже давно. С VII века арабы освоили получение твердого мыла с помощью едкого натра и ароматических масел. Эта технология осталась прежней. Каустическая сода добавляется в шампуни, моющие вещества, средства личной гигиены. Косметическая промышленность применяет гидроксид Na для получения мыла против жиров, жидкости для снятия лака, кремов.

В быту

Основной способ применения – гелеобразный гидроксид или его гранулы. Входит в состав средств для устранения засоров канализации, систем отопления. Грязь растворяется, дезагрегируется и проходит дальше по трубе. Изделия из нержавеющей стали очищаются от масляных веществ с помощью каустической соды, разогретой до 50-60°С с добавлением гидроксида калия. Косметология применяет гель на его основе для размягчения ороговевшей кожи, папиллом, бородавок.