Natriumhydroxid | |
---|---|
Generel | |
Systematisk navn |
Natriumhydroxid |
Traditionelle navne |
kaustisk soda, natriumhydroxid, kaustisk, ascarite, kaustisk soda, lud |
Chem. formel | NaOH |
Rotte. formel | NaOH |
Fysiske egenskaber | |
Molar masse | 39.997 g/ mol |
Massefylde | 2,13 g/cm³ |
Termiske egenskaber | |
Temperatur | |
• smeltning | 323°C |
• kogning | 1403°C |
Entalpi | |
• uddannelse | -425,6 kJ/mol |
Damptryk | 0 ± 1 mmHg |
Kemiske egenskaber | |
Opløselighed | |
• i vand | 108,7 g/100 ml |
Klassifikation | |
Reg. CAS nummer | 1310-73-2 |
PubChem | 14798 |
Reg. EINECS nummer | 215-185-5 |
SMIL | [OH-].[Na+] |
InChI | InChI=1S/Na.H20/h; 1H2/q+1;/p-1HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M |
Codex Alimentarius | E524 |
RTECS | WB4900000 |
CHEBI | 32145 |
FN nummer | 1823 |
ChemSpider | 14114 |
Sikkerhed | |
Begræns koncentrationen | 0,5 mg/m³ |
LD 50 | 149 mg/kg |
Toksicitet | irriterende, meget giftig |
GHS piktogrammer |
![]() |
NFPA 704 |
![]() |
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Natriumhydroxid ( lat. Nátrii hydroxídum ; andre navne - kaustisk soda , kaustisk soda [1] , natriumhydroxid , kemisk formel - NaOH ) er en uorganisk kemisk forbindelse , som er den mest almindelige alkali . Omkring 57 millioner tons kaustisk soda produceres og forbruges årligt i verden.
Historien om de trivielle navne på både natriumhydroxid og andre alkalier er baseret på deres egenskaber. Navnet " ætsende alkali " skyldes stoffets egenskab til at tære på huden (forårsager alvorlige kemiske forbrændinger ) [2] , papir og andre organiske stoffer. Indtil 1600-tallet blev natrium- og kaliumcarbonater også kaldt for alkali ( fr. alkali ) . I 1736 påpegede den franske videnskabsmand Henri Duhamel du Monceau først forskellen mellem disse stoffer: natriumhydroxid blev kaldt " kaustisk soda ", natriumcarbonat - " sodaaske ", og kaliumcarbonat - " kali ".
I øjeblikket kaldes sodavand almindeligvis natriumsalte af kulsyre . På engelsk og fransk betyder natrium "natrium" og kalium betyder " kalium".
Natriumhydroxid er et hvidt fast stof. Det er meget hygroskopisk , "spreder sig" i luften og absorberer aktivt vanddamp og kuldioxid fra luften. Det opløses godt i vand, mens der frigives en stor mængde varme. En opløsning af kaustisk soda sæbe til berøring.
Termodynamik af løsninger
Δ H 0 af opløsning for en uendeligt fortyndet vandig opløsning er -44,45 kJ/mol.
Fra vandige opløsninger ved +12,3 ... +61,8 ° C krystalliserer monohydratet (rhombic syngony), smeltepunkt +65,1 ° C; massefylde 1,829 g/ cm3 ; ΔH 0 arr -425,6 kJ/mol), i området fra -28 til -24 ° C - heptahydrat, fra -24 til -17,7 ° C - pentahydrat, fra -17,7 til -5,4 ° C - tetrahydrat (α-modifikation) . Opløselighed i methanol 23,6 g/l (t = +28 °C), i ethanol 14,7 g/l (t = +28 °C). NaOH 3,5H2O (smeltepunkt +15,5 °C).
Natriumhydroxid (kaustisk alkali ) - en stærk kemisk base (stærke baser inkluderer hydroxider, hvis molekyler dissocierer fuldstændigt i vand), som inkluderer hydroxider af alkali- og jordalkalimetaller fra undergrupperne IA og IIA i det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev , KOH (kaustisk kalium), Ba (OH) 2 (kaustisk barit), LiOH , RbOH , CsOH samt monovalent thalliumhydroxid TlOH . Alkalinitet (basicitet) bestemmes af metallets valens , radius af den ydre elektronskal og elektrokemisk aktivitet: jo større radius af elektronskallen (stiger med serienummeret), jo lettere afgiver metallet elektroner, og højere dens elektrokemiske aktivitet, og jo længere til venstre elementet er placeret i den elektrokemiske række af metalaktivitet , hvor aktiviteten af brint tages som nul.
Vandige opløsninger af NaOH har en stærk alkalisk reaktion ( pH af en 1% opløsning = 13,4). De vigtigste metoder til bestemmelse af alkalier i opløsninger er reaktioner på hydroxidionen (OH - ), (med phenolphthalein - crimson farvning og methyl orange (methyl orange ) - gul farvning). Jo flere hydroxidioner i opløsningen, jo stærkere alkali og jo mere intens farven på indikatoren.
Natriumhydroxid indgår i følgende reaktioner:
med syrer, amfotere oxider og hydroxider ; (syresalt, i et forhold på 1:1); (i overskud af NaOH).Generel reaktion i ionform:
;Natriumhydroxid bruges til at udfælde metalhydroxider. For eksempel opnås gel-lignende aluminiumhydroxid på denne måde ved at virke med natriumhydroxid på aluminiumsulfat i en vandig opløsning, mens man undgår overskydende alkali og opløser bundfaldet. Det bruges især til at rense vand fra fine suspensioner.
med ikke-metaller :for eksempel med fosfor - med dannelsen af natriumhypophosphit :
; med svovl ; med halogener (dismutation af klor i en fortyndet opløsning ved stuetemperatur); (dismutation af klor ved opvarmning i en koncentreret opløsning). med metallerNatriumhydroxid reagerer med aluminium , zink , titanium . Det reagerer ikke med jern og kobber (metaller, der har et lavt elektrokemisk potentiale ). Aluminium opløses let i kaustisk alkali med dannelse af et meget opløseligt kompleks - natriumtetrahydroxoaluminat og hydrogen:
Denne reaktion blev brugt i første halvdel af det 20. århundrede inden for luftfart : til at fylde balloner og luftskibe med brint under feltforhold (inklusive kamp), da denne reaktion ikke kræver strømkilder, og de indledende reagenser til den let kan transporteres.
Natriumhydroxid bruges i salte til at omdanne fra en syrerest til en anden:
med fedtstoffer ( forsæbning ) er en sådan reaktion irreversibel, da den resulterende syre med en alkali danner sæbe og glycerin . Glycerin ekstraheres efterfølgende fra sæbevæske ved vakuuminddampning og yderligere destillationsrensning af de opnåede produkter. Denne metode til fremstilling af sæbe har været kendt i Mellemøsten siden det 7. århundrede.
Som et resultat af vekselvirkningen mellem fedtstoffer og natriumhydroxid opnås faste sæber (de bruges til at fremstille stangsæbe), og med kaliumhydroxid, enten faste eller flydende sæber, afhængigt af fedtets sammensætning.
med polyvalente alkoholer - med dannelse af alkoholater :Reagens | ammoniumfluorid | Cæsium-kalium-bismutnitrit | magnesiumacetat | zinkacetat | Picro-
lonsyre |
Dioxy-
vinsyre |
brombenzen-
sulfonsyre |
Uranylzinkacetat |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sediment farve | hvid | Bleg gul | gul grøn | gul grøn | hvid | hvid | Bleg gul | grønlig gul |
Natriumhydroxid kan fremstilles industrielt ved kemiske og elektrokemiske metoder.
Kemiske metoder til fremstilling af natriumhydroxid omfatter pyrolytisk, kalkholdig og ferritisk.
Kemiske metoder til fremstilling af natriumhydroxid har betydelige ulemper: en stor mængde energi forbruges, og den resulterende kaustiske soda er stærkt forurenet med urenheder.
På nuværende tidspunkt er disse metoder næsten fuldstændigt afløst af elektrokemiske produktionsmetoder.
Pyrolytisk metodeDen pyrolytiske metode til fremstilling af natriumhydroxid er den ældste og begynder med produktionen af natriumoxid Na 2 O ved kalcinering af natriumcarbonat (for eksempel i en muffelovn ). Natriumbicarbonat kan også bruges som råmateriale , der nedbrydes, når det opvarmes til natriumcarbonat, kuldioxid og vand:
Det resulterende natriumoxid afkøles og meget forsigtigt (reaktionen sker med frigivelse af en stor mængde varme) tilsættes vand:
KalkmetodeKalkmetoden til fremstilling af natriumhydroxid består i vekselvirkningen af en sodaopløsning med læsket kalk ved en temperatur på omkring 80 ° C. Denne proces kaldes kaustikation og følger reaktionen:
Reaktionen frembringer en opløsning af natriumhydroxid og et bundfald af calciumcarbonat . Calciumcarbonat separeres fra opløsningen ved filtrering, hvorefter opløsningen inddampes for at opnå et smeltet produkt indeholdende ca. 92% af massen. NaOH. NaOH smeltes derefter og hældes i jerntromler, hvor det krystalliserer.
FerritmetodeDen ferritiske metode til fremstilling af natriumhydroxid består af to trin:
Den første reaktion er processen med sintring af soda med jernoxid ved en temperatur på 800-900 °C. I dette tilfælde dannes sinter - natriumferrit og kuldioxid frigives. Dernæst behandles (udvaskes) kagen med vand ifølge den anden reaktion; opnås en opløsning af natriumhydroxid og et bundfald af Fe 2 O 3 nH 2 O, som efter adskillelse fra opløsningen føres tilbage til processen. Den resulterende alkaliopløsning indeholder ca. 400 g/l NaOH. Det inddampes for at opnå et produkt indeholdende ca. 92% af massen. NaOH, og få derefter et fast produkt i form af granulat eller flager.
Metoden er baseret på elektrolyse af opløsninger af halit (et mineral, der hovedsageligt består af bordsalt NaCl ) med samtidig produktion af brint og klor . Denne proces kan repræsenteres af opsummeringsformlen:
Kaustisk alkali og klor fremstilles ved tre elektrokemiske metoder. To af dem er elektrolyse med en fast katode (membran- og membranmetoder), den tredje er elektrolyse med en flydende kviksølvkatode (kviksølvmetode).
Alle tre metoder til opnåelse af klor og kaustik anvendes i verdensproduktionspraksis med en klar tendens til en stigning i andelen af membranelektrolyse.
Indeks pr. 1 ton NaOH | kviksølv metode | diafragma metode | Membran metode |
---|---|---|---|
Klorudbytte, % | 99 | 96 | 98,5 |
El, kWh | 3150 | 3260 | 2520 |
NaOH koncentration, % | halvtreds | 12 | 35 |
Renhed af klor, % | 99,2 | 98 | 99,3 |
Brintrenhed, % | 99,9 | 99,9 | 99,9 |
Massefraktion af O 2 i klor, % | 0,1 | 1-2 | 0,3 |
Massefraktion af Cl - i NaOH, % | 0,003 | 1-1,2 | 0,005 |
I Rusland produceres ca. 35 % af al produceret kaustik ved elektrolyse med en kviksølvkatode og 65 % ved elektrolyse med en fast katode.
Diafragma metodeDen enkleste af de elektrokemiske metoder med hensyn til organisering af processen og strukturelle materialer til elektrolysatoren er diafragmametoden til fremstilling af natriumhydroxid.
Saltopløsningen i membrancellen føres kontinuerligt ind i anoderummet og strømmer som regel gennem en asbestmembran påført stålkatodegitteret, hvortil der nogle gange tilsættes en lille mængde polymerfibre.
I mange design af elektrolysatorer er katoden helt nedsænket under anolytlaget (elektrolyt fra anoderummet), og brintet, der frigives på katodegitteret, fjernes fra under katoden ved hjælp af gasrør, uden at trænge gennem membranen ind i anoderummet. på grund af modstrøm.
Modstrøm er et meget vigtigt træk ved membrancellens design. Det er takket være den modstrøm, der ledes fra anoderummet til katoderummet gennem en porøs membran, at det bliver muligt separat at opnå lud og klor. Modstrømsstrømmen er designet til at modvirke diffusion og migration af OH - ioner ind i anoderummet. Hvis mængden af modstrøm er utilstrækkelig, begynder der at dannes hypoklorition (ClO - ) i anoderummet i store mængder, som så kan oxideres ved anoden til chlorationen ClO 3 - . Dannelsen af chloration reducerer den nuværende effektivitet af chlor alvorligt og er den vigtigste sideproces i denne metode til opnåelse af natriumhydroxid. Frigivelsen af ilt er også skadelig, hvilket desuden fører til ødelæggelse af anoderne og, hvis de er lavet af kulstofmaterialer, indtrængen af phosgenurenheder i klor .
ved anoden - hovedprocessen; ; På katoden - hovedprocessen; ;Grafit- eller kulelektroder kan bruges som anode i membranelektrolysatorer. Til dato er de hovedsageligt blevet erstattet af titaniumanoder med ruthenium-titaniumoxidbelægning (ORTA-anoder) eller andre lavforbrugsanoder.
På næste trin inddampes den elektrolytiske væske, og indholdet af NaOH i den justeres til en kommerciel koncentration på 42-50 vægt%. i overensstemmelse med standarden.
Salt, natriumsulfat og andre urenheder, når deres koncentration i opløsning stiger over deres opløselighedsgrænse, udfældes. Den kaustiske opløsning dekanteres fra bundfaldet og overføres som et færdigt produkt til lageret, eller inddampningstrinnet fortsættes for at opnå et fast produkt, efterfulgt af smeltning, omdannelse til flager eller granulat.
Bordsaltet, der er udfældet i form af krystaller, returneres tilbage til processen, hvorfra den såkaldte omvendte saltlage fremstilles . Fra det, for at undgå akkumulering af urenheder i opløsninger, adskilles urenheder før forberedelse af returlage.
Tabet af anolyt genopbygges ved tilsætning af frisk saltlage opnået ved underjordisk udvaskning af saltlag, mineralske saltlage såsom bischofit , der tidligere er renset fra urenheder, eller ved at opløse halit. Frisk saltlage, før den blandes med omvendt saltlage, renses for mekaniske suspensioner og de fleste af calcium- og magnesiumioner.
Det resulterende klor separeres fra vanddamp, komprimeres af kompressorer og føres enten til produktion af klorholdige produkter eller til fortætning.
På grund af den relative enkelhed og lave omkostninger er diafragmametoden til fremstilling af natriumhydroxid stadig meget udbredt i industrien.
MembranmetodeMembranmetoden til fremstilling af natriumhydroxid er den mest energieffektive, men svær at organisere og betjene.
Fra et synspunkt af elektrokemiske processer ligner membranmetoden diafragmametoden, men anode- og katoderummene er fuldstændig adskilt af en anionuigennemtrængelig kationbyttermembran. Takket være denne egenskab bliver det muligt at opnå renere væsker end ved diafragmametoden. Derfor er der i en membranelektrolysator, i modsætning til en membrancelle, ikke én strøm, men to.
Som i diafragmametoden kommer en saltopløsningsstrøm ind i anoderummet. Og i katoden - deioniseret vand. En strøm af udtømt anolyt strømmer fra anoderummet, som også indeholder urenheder af hypochlorit og chlorationer og klor, og fra katoderummet, lud og brint, som praktisk talt ikke indeholder urenheder og er tæt på kommerciel koncentration, hvilket reducerer energiomkostningerne for deres fordampning og rensning.
Alkali opnået ved membranelektrolyse er praktisk talt ikke ringere i kvalitet i forhold til den, der opnås ved metoden ved anvendelse af en kviksølvkatode og erstatter gradvist den alkali, der opnås ved kviksølvmetoden.
Men fodringsopløsningen af salt (både frisk og genbrugt) og vand er på forhånd renset så meget som muligt for eventuelle urenheder. Denne grundige rengøring skyldes de høje omkostninger ved polymere kationbyttermembraner og deres sårbarhed over for urenheder i foderopløsningen.
Derudover bestemmer den begrænsede geometriske form, såvel som den lave mekaniske styrke og termiske stabilitet af ionbyttermembraner , i vid udstrækning de relativt komplekse designs af membranelektrolyseanlæg. Af samme grund kræver membrananlæg de mest komplekse automatiske kontrol- og styringssystemer.
Skema af en membranelektrolysator . Flydende katode kviksølv metodeBlandt de elektrokemiske metoder til fremstilling af alkalier er den mest effektive metode elektrolyse med en kviksølvkatode.
Alkalier opnået ved elektrolyse med en flydende kviksølvkatode er meget renere end dem, der opnås ved diafragmametoden (dette er kritisk for nogle industrier). For eksempel ved produktion af kunstige fibre kan der kun bruges kaustik med høj renhed), og i sammenligning med membranmetoden er organiseringen af processen til opnåelse af alkali ved kviksølvmetoden meget enklere.
Installationen til kviksølvelektrolyse består af en elektrolysator, en amalgamnedbryder og en kviksølvpumpe, forbundet med kviksølvrørledninger.
Elektrolysatorens katode er en strøm af kviksølv pumpet af en pumpe. Anoder - grafit , carbon eller lavt slid (ORTA, TDMA eller andre). Sammen med kviksølv strømmer en strøm af natriumchloridfødeopløsning kontinuerligt gennem elektrolysatoren.
Ved anoden oxideres klorioner fra elektrolytten , og klor frigives:
- hovedprocessen; ;Klor og anolyt fjernes fra elektrolysatoren. Anolytten, der forlader elektrolysatoren, er mættet med frisk halit, urenhederne introduceret med den, samt udvasket fra anoder og strukturelle materialer, fjernes fra den og returneres til elektrolyse. Før mætning ekstraheres kloren, der er opløst deri, fra anolytten.
Ved katoden reduceres natriumioner, som danner en lavkoncentrationsopløsning af natrium i kviksølv ( natriumamalgam ):
Amalgamet strømmer kontinuerligt fra elektrolysatoren til amalgamnedbryderen. Højrenset vand føres også kontinuerligt ind i nedbryderen. I det nedbrydes natriumamalgam, som et resultat af en spontan kemisk proces, næsten fuldstændigt af vand med dannelse af kviksølv, en kaustisk opløsning og brint:
Den på denne måde opnåede kaustiske opløsning, som er et kommercielt produkt, indeholder praktisk talt ingen urenheder. Kviksølv er næsten fuldstændig befriet for metallisk natrium og returneres til elektrolysecellen . Hydrogen fjernes til oprensning.
Voksende krav til miljøsikkerhed ved produktion og de høje omkostninger ved metallisk kviksølv fører til en gradvis udskiftning af kviksølvmetoden med metoder til fremstilling af alkali med en fast katode, især membranmetoden.
Laboratoriemetoder til opnåelse afI laboratoriet fremstilles natriumhydroxid undertiden med kemiske midler, men mere almindeligt bruges en lille membran- eller elektrolysator af membrantypen. .
I Rusland fremstilles følgende kvaliteter af kaustisk soda ifølge GOST 2263-79:
Navn på indikator | TR OKP 21 3211 0400 | TD OKP 21 3212 0200 | RR OKP 21 3211 0100 | РХ 1 klasse OKP 21 3221 0530 | РХ 2 klasse OKP 21 3221 0540 | RD Højeste karakter OKP 21 3212 0320 | RD Første klasse OKP 21 3212 0330 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Udseende | Skaleret masse af hvid farve. Svag farvning tilladt | Smeltet hvid masse. Svag farvning tilladt | Farveløs gennemsigtig væske | Farveløs eller farvet væske. Et krystalliseret bundfald tillades | Farveløs eller farvet væske. Et krystalliseret bundfald tillades | Farveløs eller farvet væske. Et krystalliseret bundfald tillades | Farveløs eller farvet væske. Et krystalliseret bundfald tillades |
Massefraktion af natriumhydroxid, %, ikke mindre end | 98,5 | 94,0 | 42,0 | 45,5 | 43,0 | 46,0 | 44,0 |
Kaustisk soda bruges i mange industrier og til husholdningsbehov:
Natriumhydroxid (kaustisk soda) er et kaustisk og meget giftigt stof med udtalte alkaliske egenskaber . Ifølge GOST 12.1.005-76 hører kaustisk soda til farlige stoffer i 2. fareklasse [5] [6] . Derfor skal du være forsigtig , når du arbejder med det . Kontakt med hud, slimhinder og øjne forårsager alvorlige kemiske forbrændinger [7] . Kontakt med store mængder kaustisk soda i øjnene forårsager irreversible ændringer i synsnerven (atrofi) og som følge heraf tab af synet .
I tilfælde af kontakt af slimhindeoverflader med kaustisk alkali , er det nødvendigt at vaske det berørte område med en strøm af vand, og i tilfælde af kontakt med huden , med en svag opløsning af eddikesyre og borsyre . Hvis der kommer kaustisk soda i øjnene, skal du straks skylle dem først med en opløsning af borsyre og derefter med vand .
Den maksimalt tilladte koncentration af natriumhydroxid - NaOH - aerosol i luften i arbejdsområdet er 0,5 mg / m³ i overensstemmelse med GOST 12.1.007-76 [8] .
Natriumhydroxid er ikke brændbart; brand- og eksplosionssikker [9] .
Kaustisk soda er et farligt stof for miljøet , hæmmer biokemiske processer og har en toksisk virkning [10] [11] .
Miljøbeskyttelse skal sikres ved overholdelse af kravene i de teknologiske forskrifter, regler for transport og opbevaring .
Den maksimalt tilladte koncentration ( MAC ) af kaustisk soda i vandet i vandområder til drikkevand og brugsvand (ifølge natriumkationer ) er 200 mg/dm 3 , fareklasse 2 i overensstemmelse med hygiejniske standarder [12] . Det er nødvendigt at kontrollere pH- værdien (pH 6,5-8,5 og ikke mere) [13] .
Cirka sikkert eksponeringsniveau (SHEL) af kaustisk soda i den atmosfæriske luft i befolkede områder er 0,01 mg/m 3 i overensstemmelse med hygiejniske standarder [14] .
Hvis en betydelig mængde natriumhydroxid lækker eller spildes , neutraliseres med en svag syreopløsning. Den neutraliserede opløsning sendes til neutralisering og bortskaffelse [2] .
Kosttilskud | |
---|---|
|
Fotografiske reagenser | |||||
---|---|---|---|---|---|
Udviklingsagenter |
| ||||
Anti-slør | |||||
pH- regulatorer |
| ||||
Konserverende stoffer | |||||
Vandblødgøringsmidler | |||||
Bleachers | |||||
Fixer komponenter | |||||
Farvedannende komponenter |
| ||||
Tonerkomponenter | uranylnitrat | ||||
Forstærker komponenter | |||||
Desensibilisatorer | |||||
Sensibilisatorer |
![]() | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
|