Natriumhydroxid | |
---|---|
Allmän | |
Systematiskt namn |
Natriumhydroxid |
Traditionella namn |
Kaustiksoda, natriumhydroxid, kaustik, ascarite, kaustiksoda, lut |
Chem. formel | NaOH |
Råtta. formel | NaOH |
Fysikaliska egenskaper | |
Molar massa | 39,997 g/ mol |
Densitet | 2,13 g/cm³ |
Termiska egenskaper | |
Temperatur | |
• smältning | 323°C |
• kokande | 1403°C |
Entalpi | |
• utbildning | -425,6 kJ/mol |
Ångtryck | 0 ± 1 mmHg |
Kemiska egenskaper | |
Löslighet | |
• i vatten | 108,7 g/100 ml |
Klassificering | |
Reg. CAS-nummer | 1310-73-2 |
PubChem | 14798 |
Reg. EINECS-nummer | 215-185-5 |
LEDER | [OH-].[Na+] |
InChI | InChI=lS/Na.H2O/h; IH2/q+1;/p-1HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M |
Codex Alimentarius | E524 |
RTECS | WB4900000 |
CHEBI | 32145 |
FN-nummer | 1823 |
ChemSpider | 14114 |
Säkerhet | |
Begränsa koncentrationen | 0,5 mg/m³ |
LD 50 | 149 mg/kg |
Giftighet | irriterande, mycket giftig |
GHS-piktogram |
![]() |
NFPA 704 |
![]() |
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Natriumhydroxid ( lat. Nátrii hydroxídum ; andra namn - kaustiksoda , kaustiksoda [1] , natriumhydroxid , kemisk formel - NaOH ) är en oorganisk kemisk förening , som är den vanligaste alkalin . Cirka 57 miljoner ton kaustik soda produceras och konsumeras årligen i världen.
Historien om trivialnamnen på både natriumhydroxid och andra alkalier är baserad på deras egenskaper. Namnet " kaustikalkali " beror på ämnets egenskap att fräta på huden (orsakar allvarliga kemiska brännskador ) [2] , papper och andra organiska ämnen. Fram till 1600-talet kallades natrium- och kaliumkarbonater även alkali ( fr. alkali ) . År 1736 påpekade den franske vetenskapsmannen Henri Duhamel du Monceau först skillnaden mellan dessa ämnen: natriumhydroxid kallades " kaustiksoda ", natriumkarbonat - " soda " och kaliumkarbonat - " kali ".
För närvarande kallas läsk vanligtvis för natriumsalter av kolsyra . På engelska och franska betyder natrium "natrium" och kalium betyder " kalium".
Natriumhydroxid är ett vitt fast ämne. Den är mycket hygroskopisk , "sprider ut" i luften, absorberar aktivt vattenånga och koldioxid från luften. Det löser sig bra i vatten, samtidigt som en stor mängd värme frigörs. En lösning av kaustiksoda tvål vid beröring.
Lösningars termodynamik
Δ H 0 av upplösning för en oändligt utspädd vattenlösning är -44,45 kJ/mol.
Från vattenlösningar vid +12,3 ... +61,8 ° C kristalliserar monohydratet (rombisk syngoni), smältpunkt +65,1 ° C; densitet 1,829 g/ cm3 ; ΔH 0 arr -425,6 kJ / mol), i intervallet från -28 till -24 ° C - heptahydrat, från -24 till -17,7 ° C - pentahydrat, från -17,7 till -5,4 ° C - tetrahydrat (a-modifiering) . Löslighet i metanol 23,6 g/l (t = +28 °C), i etanol 14,7 g/l (t = +28 °C). NaOH 3,5 H2O ( smältpunkt +15,5 °C).
Natriumhydroxid (kaustikalkali ) - en stark kemisk bas (starka baser inkluderar hydroxider, vars molekyler helt dissocierar i vatten), som inkluderar hydroxider av alkali och alkaliska jordartsmetaller i undergrupperna IA och IIA i det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev , KOH (kaustikkalium), Ba (OH) 2 (kaustikbarit), LiOH , RbOH , CsOH , såväl som envärd talliumhydroxid TlOH . Alkalinitet (basicitet) bestäms av metallens valens , radien för det yttre elektronskalet och elektrokemisk aktivitet: ju större radien på elektronskalet (ökar med serienumret), desto lättare avger metallen elektroner, och högre dess elektrokemiska aktivitet och ju längre till vänster elementet är beläget i den elektrokemiska serien av metallaktivitet , där aktiviteten av väte tas som noll.
Vattenhaltiga lösningar av NaOH har en stark alkalisk reaktion ( pH för en 1% lösning = 13,4). De viktigaste metoderna för att bestämma alkalier i lösningar är reaktioner på hydroxidjonen (OH - ), (med fenolftalein - crimson färgning och metylorange (metylorange ) - gul färgning). Ju fler hydroxidjoner i lösningen, desto starkare alkali och desto mer intensiv färg på indikatorn.
Natriumhydroxid går in i följande reaktioner:
med syror, amfotära oxider och hydroxider ; (syrasalt, i ett förhållande av 1:1); (i överskott av NaOH).Allmän reaktion i jonform:
;Natriumhydroxid används för att fälla ut metallhydroxider. Till exempel erhålls gelliknande aluminiumhydroxid på detta sätt genom att verka med natriumhydroxid på aluminiumsulfat i en vattenlösning, samtidigt som man undviker överskott av alkali och löser upp fällningen. Det används i synnerhet för att rena vatten från fina suspensioner.
med icke-metaller :till exempel med fosfor - med bildning av natriumhypofosfit :
; med svavel ; med halogener (dismutation av klor i en utspädd lösning vid rumstemperatur); (dismutation av klor vid upphettning i en koncentrerad lösning). med metallerNatriumhydroxid reagerar med aluminium , zink , titan . Det reagerar inte med järn och koppar (metaller som har en låg elektrokemisk potential ). Aluminium löser sig lätt i kaustikalkali med bildning av ett mycket lösligt komplex - natriumtetrahydroxoaluminat och väte:
Denna reaktion användes under första hälften av 1900-talet inom flygteknik : för att fylla ballonger och luftskepp med väte under fältförhållanden (inklusive strid), eftersom denna reaktion inte kräver kraftkällor och de initiala reagenserna för den lätt kan transporteras.
Natriumhydroxid används i salter för att omvandla från en syrarest till en annan:
med fetter ( förtvålning ) är en sådan reaktion irreversibel, eftersom den resulterande syran med en alkali bildar tvål och glycerin . Glycerin extraheras därefter från tvållutar genom vakuumindunstning och ytterligare destillationsrening av de erhållna produkterna. Denna metod att tillverka tvål har varit känd i Mellanöstern sedan 700-talet.
Som ett resultat av växelverkan mellan fetter och natriumhydroxid erhålls fasta tvålar (de används för att producera tvål), och med kaliumhydroxid, antingen fasta eller flytande tvålar, beroende på fettets sammansättning.
med flervärda alkoholer - med bildning av alkoholater :Reagens | ammoniumfluorid | Cesium-kalium-vismutnitrit | magnesiumacetat | zinkacetat | Picro-
lonsyra |
Dioxi-
vinsyra |
brombensen-
sulfonsyra |
Uranylzinkacetat |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Sedimentfärg | vit | ljus gul | gulgrön | gulgrön | vit | vit | ljus gul | gröngul |
Natriumhydroxid kan framställas industriellt med kemiska och elektrokemiska metoder.
Kemiska metoder för att framställa natriumhydroxid inkluderar pyrolytisk, kalkhaltig och ferritisk.
Kemiska metoder för att producera natriumhydroxid har betydande nackdelar: en stor mängd energi förbrukas och den resulterande kaustiksodan är kraftigt förorenad med föroreningar.
För närvarande har dessa metoder nästan helt ersatts av elektrokemiska produktionsmetoder.
Pyrolytisk metodDen pyrolytiska metoden för att producera natriumhydroxid är den äldsta och börjar med produktionen av natriumoxid Na 2 O genom att kalcinera natriumkarbonat (till exempel i en muffelugn ). Natriumbikarbonat kan också användas som råmaterial , som sönderdelas vid upphettning till natriumkarbonat, koldioxid och vatten:
Den resulterande natriumoxiden kyls och mycket försiktigt (reaktionen sker med frigöring av en stor mängd värme) läggs till vatten:
Lime-metodKalkmetoden för framställning av natriumhydroxid består i växelverkan av en sodalösning med släckt kalk vid en temperatur på cirka 80 ° C. Denna process kallas kaustikation och följer reaktionen:
Reaktionen ger en lösning av natriumhydroxid och en fällning av kalciumkarbonat . Kalciumkarbonat separeras från lösningen genom filtrering, varefter lösningen indunstas för att erhålla en smält produkt innehållande ca 92% av massan. NaOH. NaOH smälts sedan och hälls i järnfat där det kristalliseras.
FerritmetodenDen ferritiska metoden för att producera natriumhydroxid består av två steg:
Den första reaktionen är processen att sintra soda med järnoxid vid en temperatur på 800–900 °C. I det här fallet bildas sinter - natriumferrit och koldioxid frigörs. Därefter behandlas (lakas) kakan med vatten enligt den andra reaktionen; en lösning av natriumhydroxid och en fällning av Fe 2 O 3 nH 2 O erhålls, som, efter att ha separerat den från lösningen, återförs till processen. Den resulterande alkalilösningen innehåller ca 400 g/l NaOH. Den indunstas för att erhålla en produkt som innehåller cirka 92 % av massan. NaOH, och sedan få en fast produkt i form av granulat eller flingor.
Metoden bygger på elektrolys av lösningar av halit (ett mineral som huvudsakligen består av bordssalt NaCl ) med samtidig produktion av väte och klor . Denna process kan representeras av sammanfattningsformeln:
Kaustikalkali och klor framställs med tre elektrokemiska metoder. Två av dem är elektrolys med en fast katod (membran- och membranmetoder), den tredje är elektrolys med en flytande kvicksilverkatod (kvicksilvermetoden).
Alla tre metoderna för att erhålla klor och kaustik används i världsproduktionspraxis, med en tydlig trend mot en ökning av andelen membranelektrolys.
Index per 1 ton NaOH | kvicksilvermetoden | diafragmametoden | Membranmetod |
---|---|---|---|
Klorutbyte, % | 99 | 96 | 98,5 |
El, kWh | 3150 | 3260 | 2520 |
NaOH-koncentration, % | femtio | 12 | 35 |
Renhet av klor, % | 99,2 | 98 | 99,3 |
Vätets renhet, % | 99,9 | 99,9 | 99,9 |
Massfraktion av O 2 i klor, % | 0,1 | 1-2 | 0,3 |
Massfraktion av Cl - i NaOH, % | 0,003 | 1-1,2 | 0,005 |
I Ryssland produceras cirka 35 % av all kaustik som produceras genom elektrolys med en kvicksilverkatod och 65 % genom elektrolys med en fast katod.
DiafragmametodDen enklaste av de elektrokemiska metoderna när det gäller att organisera processen och strukturella material för elektrolysatorn är diafragmametoden för att producera natriumhydroxid.
Saltlösningen i diafragmacellen matas kontinuerligt in i anodutrymmet och strömmar genom, som regel, ett asbestmembran applicerat på stålkatodgallret, till vilket ibland tillsätts en liten mängd polymerfibrer.
I många konstruktioner av elektrolysatorer är katoden helt nedsänkt under anolytskiktet (elektrolyt från anodutrymmet), och vätet som frigörs på katodgallret avlägsnas från under katoden med hjälp av gasrör, utan att penetrera genom membranet in i anodutrymmet på grund av motström.
Motflöde är en mycket viktig egenskap hos membrancelldesignen. Det är tack vare det motströmsflöde som riktas från anodutrymmet till katodutrymmet genom ett poröst membran som det blir möjligt att separat erhålla lut och klor. Motströmsflödet är utformat för att motverka diffusion och migration av OH - joner in i anodutrymmet. Om mängden motström är otillräcklig börjar hypokloritjon (ClO - ) att bildas i anodutrymmet i stora mängder, som sedan kan oxideras vid anoden till kloratjonen ClO 3 - . Bildandet av kloratjoner minskar avsevärt strömeffektiviteten hos klor och är den huvudsakliga sidoprocessen i denna metod för att erhålla natriumhydroxid. Frigörandet av syre är också skadligt, vilket dessutom leder till förstörelse av anoderna och, om de är gjorda av kolmaterial, inträngning av fosgenföroreningar i klor .
vid anoden - huvudprocessen; ; På katoden - huvudprocessen; ;Grafit- eller kolelektroder kan användas som anod i diafragmaelektrolysatorer. Hittills har de huvudsakligen ersatts av titananoder med rutenium-titanoxidbeläggning (ORTA-anoder) eller andra anoder med låg förbrukning.
I nästa steg indunstas elektrolytvätskan och halten av NaOH i den justeras till en kommersiell koncentration av 42–50 viktprocent. i enlighet med standarden.
Salt, natriumsulfat och andra föroreningar, när deras koncentration i lösningen ökar över deras löslighetsgräns, fälls ut. Den kaustiklösningen dekanteras från fällningen och överförs som en färdig produkt till lagret eller så fortsätter indunstningssteget för att erhålla en fast produkt, följt av smältning, omvandling till flingor eller granulat.
Bordssaltet som fälls ut i form av kristaller återförs tillbaka till processen och bereder från det den så kallade omvända saltlösningen . Från det, för att undvika ansamling av föroreningar i lösningar, separeras föroreningar innan retursaltlösningen förbereds.
Förlusten av anolyt fylls på genom tillsats av färsk saltlösning erhållen genom underjordisk urlakning av saltlager, mineralsaltlösningar såsom bischofit , som tidigare renats från föroreningar, eller genom att lösa upp halit. Färsk saltlösning innan den blandas med omvänd saltlösning rengörs från mekaniska suspensioner och de flesta kalcium- och magnesiumjoner.
Det resulterande kloret separeras från vattenånga, komprimeras av kompressorer och matas antingen till produktion av klorhaltiga produkter eller till kondensering.
På grund av den relativa enkelheten och låga kostnaden används diafragmametoden för framställning av natriumhydroxid fortfarande i stor utsträckning inom industrin.
MembranmetodenMembranmetoden för framställning av natriumhydroxid är den mest energieffektiva, men svår att organisera och driva.
Ur synvinkel av elektrokemiska processer liknar membranmetoden diafragmametoden, men anod- och katodutrymmena är helt åtskilda av ett anjonogenomträngligt katjonbytarmembran. Tack vare denna egenskap blir det möjligt att erhålla renare lutar än i fallet med diafragmametoden. Därför, i en membranelektrolysator, i motsats till en diafragmacell, finns det inte en ström, utan två.
Liksom i diafragmametoden kommer ett saltlösningsflöde in i anodutrymmet. Och i katoden - avjoniserat vatten. En ström av utarmad anolyt strömmar från anodutrymmet, som även innehåller föroreningar av hypoklorit och kloratjoner och klor, och från katodutrymmet lut och väte, som praktiskt taget inte innehåller föroreningar och ligger nära kommersiell koncentration, vilket minskar energikostnaderna. för avdunstning och rening.
Alkali som erhålls genom membranelektrolys är praktiskt taget inte sämre i kvalitet än den som erhålls genom metoden med användning av en kvicksilverkatod och ersätter gradvis den alkali som erhålls med kvicksilvermetoden.
Men matningslösningen av salt (både färskt och återvunnet) och vatten rengörs tidigare så mycket som möjligt från eventuella föroreningar. Denna grundliga rengöring beror på de höga kostnaderna för polymera katjonbytarmembran och deras sårbarhet för föroreningar i matningslösningen.
Dessutom bestämmer den begränsade geometriska formen, såväl som den låga mekaniska hållfastheten och termiska stabiliteten hos jonbytesmembran , till stor del de relativt komplexa designerna av membranelektrolysanläggningar. Av samma anledning kräver membrananläggningar de mest komplexa automatiska styr- och ledningssystem.
Schema för en membranelektrolysator . Kvicksilvermetod för flytande katodBland de elektrokemiska metoderna för framställning av alkalier är den mest effektiva metoden elektrolys med en kvicksilverkatod.
Alkalier som erhålls genom elektrolys med en flytande kvicksilverkatod är mycket renare än de som erhålls med diafragmametoden (detta är kritiskt för vissa industrier). Till exempel, vid produktion av konstgjorda fibrer, kan endast kaustik med hög renhet användas), och i jämförelse med membranmetoden är organisationen av processen för att erhålla alkali med kvicksilvermetoden mycket enklare.
Anläggningen för kvicksilverelektrolys består av en elektrolysör, en amalgamnedbrytare och en kvicksilverpump, sammankopplade med kvicksilverrörledningar.
Elektrolysatorns katod är ett flöde av kvicksilver som pumpas av en pump. Anoder - grafit , kol eller låg slitage (ORTA, TDMA eller andra). Tillsammans med kvicksilver strömmar en ström av natriumkloridmatningslösning kontinuerligt genom elektrolysatorn.
Vid anoden oxideras klorjoner från elektrolyten och klor frigörs:
- huvudprocessen; ;Klor och anolyt avlägsnas från elektrolysatorn. Anolyten som lämnar elektrolysatorn är mättad med färsk halit, de föroreningar som införs med den, samt tvättas ut från anoderna och strukturmaterialen, avlägsnas från den och återförs till elektrolys. Före mättnad extraheras kloret löst i den från anolyten.
Vid katoden reduceras natriumjoner, som bildar en lågkoncentrationslösning av natrium i kvicksilver ( natriumamalgam ):
Amalgamet flödar kontinuerligt från elektrolysatorn till amalgamnedbrytaren. Högrenat vatten matas också kontinuerligt in i nedbrytaren. I det sönderdelas natriumamalgam, som ett resultat av en spontan kemisk process, nästan helt av vatten med bildning av kvicksilver, en kaustiklösning och väte:
Den på detta sätt erhållna kaustiklösningen, som är en kommersiell produkt, innehåller praktiskt taget inga föroreningar. Kvicksilver befrias nästan helt från metalliskt natrium och återförs till elektrolytcellen . Väte avlägsnas för rening.
Växande krav på miljösäkerhet i produktionen och den höga kostnaden för metalliskt kvicksilver leder till att kvicksilvermetoden gradvis ersätts med metoder för framställning av alkali med en fast katod, särskilt membranmetoden.
Laboratoriemetoder för att erhållaI laboratoriet framställs ibland natriumhydroxid på kemisk väg, men vanligare används en liten membran eller elektrolysator av membrantyp. .
I Ryssland, enligt GOST 2263-79, produceras följande kvaliteter av kaustiksoda:
Namn på indikator | TR OKP 21 3211 0400 | TD OKP 21 3212 0200 | RR OKP 21 3211 0100 | РХ 1 klass OKP 21 3221 0530 | РХ 2 klass OKP 21 3221 0540 | RD Högsta betyg OKP 21 3212 0320 | RD Första klass OKP 21 3212 0330 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Utseende | Skalad massa av vit färg. Svag färgning tillåts | Smält vit massa. Svag färgning tillåts | Färglös transparent vätska | Färglös eller färgad vätska. En kristalliserad fällning tillåts | Färglös eller färgad vätska. En kristalliserad fällning tillåts | Färglös eller färgad vätska. En kristalliserad fällning tillåts | Färglös eller färgad vätska. En kristalliserad fällning tillåts |
Massfraktion av natriumhydroxid, %, inte mindre än | 98,5 | 94,0 | 42,0 | 45,5 | 43,0 | 46,0 | 44,0 |
Kaustiksoda används i många industrier och för hushållsbehov:
Natriumhydroxid (kaustiksoda) är ett frätande och mycket giftigt ämne med uttalade alkaliska egenskaper . Enligt GOST 12.1.005-76 tillhör kaustiksoda farliga ämnen i den andra faroklassen [5] [6] . Därför måste du vara försiktig när du arbetar med det . Kontakt med hud, slemhinnor och ögon orsakar allvarliga kemiska brännskador [7] . Kontakt med stora mängder kaustiksoda i ögonen orsakar irreversibla förändringar i synnerven ( atrofi) och som ett resultat förlust av synen .
I händelse av kontakt med slemhinnor med kaustik alkali , är det nödvändigt att tvätta det drabbade området med en ström av vatten, och i händelse av kontakt med huden , med en svag lösning av ättik och borsyra . Om kaustiksoda kommer in i ögonen, skölj dem omedelbart först med en lösning av borsyra och sedan med vatten .
Den högsta tillåtna koncentrationen av natriumhydroxid- NaOH - aerosol i luften i arbetsområdet är 0,5 mg / m³ i enlighet med GOST 12.1.007-76 [8] .
Natriumhydroxid är icke brandfarligt; brand- och explosionssäker [9] .
Kaustiksoda är ett farligt ämne för miljön , hämmar biokemiska processer och har en giftig effekt [10] [11] .
Miljöskyddet måste säkerställas genom att kraven i tekniska föreskrifter, regler för transport och lagring följs .
Den högsta tillåtna koncentrationen ( MPC ) av natriumhydroxid i vatten i vattendrag för hushålls- och hushållsvatten (enligt natriumkatjoner ) är 200 mg/dm 3 , faroklass 2 i enlighet med hygienstandarder [12] . Det är nödvändigt att kontrollera pH- värdet (pH 6,5-8,5 och inte mer) [13] .
Ungefär säker exponeringsnivå (SHEL) för kaustiksoda i atmosfärisk luft i befolkade områden är 0,01 mg/m 3 i enlighet med hygieniska standarder [14] .
Om en betydande mängd natriumhydroxid läcker eller spills , neutralisera med en svag syralösning. Den neutraliserade lösningen skickas för neutralisering och bortskaffande [2] .
Natriumföreningar | |
---|---|
oorganisk | |
organisk |
|
Kemiska formler |
Kosttillskott | |
---|---|
|
Fotografiska reagenser | |||||
---|---|---|---|---|---|
Utvecklande agenter |
| ||||
Anti-slöjor | |||||
pH -regulatorer |
| ||||
Konserverande ämnen | |||||
Vattenavhärdare | |||||
Bleachers | |||||
Fixeringskomponenter | |||||
Färgbildande komponenter |
| ||||
Tonerkomponenter | uranylnitrat | ||||
Förstärkarkomponenter | |||||
Desensibilisatorer | |||||
Sensibilisatorer |
![]() | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|