Полная характеристика гидроксида натрия. Что такое каустическая сода: формула, получение гидроксида натрия

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.

Французский учёный А. Л. Дюамель дю Монсо впервые различил эти вещества: гидроксид натрия стали называть каустической содой, карбонат натрия - кальцинированной содой (по растению Salsola Soda, из золы которого её добывали), а карбонат калия - поташем . В настоящее время содой принято называть натриевые соли угольной кислоты. В английском и французском языках слово sodium означает натрий, potassium - калий.

Физические свойства

Гидроксид натрия

Термодинамика растворов

ΔH 0 растворения для бесконечно разбавленного водного раствора -44,45 кДж/моль.

Из водных растворов при 12,3 - 61,8 °C кристаллизуется моногидрат (сингония ромбическая), температура плавления 65,1 °C; плотность 1,829 г/см³; ΔH 0 обр −734,96 кДж/моль), в интервале от -28 до -24°С - гептагидрат, от -24 до -17,7°С - пентагидрат, от -17,7 до -5,4°С -тетрагидрат (α-модификация), от -5,4 до 12,3 °C. Растворимость в метаноле 23,6 г/л (t=28 °C), в этаноле 14,7 г/л (t=28 °C). NaOH·3,5Н 2 О (температура плавления 15,5 °C);

Химические свойства

(в целом такую реакцию можно представить простым ионным уравнением, реакция протекает с выделением тепла (экзотермическая реакция): OH - + H 3 O + → 2H 2 O. )

• с амфотерными оксидами которые обладают как основными, так и кислотными свойствами, и способностью реагировать с щелочами, как с твердыми при сплавлении:

ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O

так и с растворами:

ZnO + 2NaOH (раствор) + H 2 O → Na 2 (раствор) +H 2

(Образующийся анион называется тетрагидроксоцинкат-ионом, а соль, которую можно выделить из раствора - тетрагидроксоцинкатом натрия. В аналогичные реакции гидроксид натрия вступает и c другими амфотерными оксидами.)

• с кислотными оксидами - с образованием солей; это свойство используется для очистки промышленных выбросов от кислотных газов (например: CO 2 , SO 2 и H 2 S):

2Na + + 2OH - + Cu 2+ + SO 4 2- → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4

Гидроксид натрия используется для осаждения гидроксидов металлов. К примеру, так получают гелеобразный гидроксид алюминия , действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе. Его и используют, в частности, для очистки воды от мелких взвесей.

Гидролиз эфиров

• с жирами (омыление), такая реакция необратима, так как получающаяся кислота со щёлочью образует мыло и глицерин . Глицерин впоследствии извлекается из подмыльных щёлоков путем вакуум-выпарки и дополнительной дистилляционной очистки полученных продуктов. Этот способ получения мыла был известен на Ближнем Востоке с VII века:

Процесс омыления жиров

В результате взаимодействия жиров с гидроксидом натрия получают твёрдые мыла (они используются для производства кускового мыла), а с гидроксидом калия либо твёрдые, либо жидкие мыла, в зависимости от состава жира.

HO-CH 2 -CH 2 ОН + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2Н 2 O

В настоящее время едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них - электролиз с твёрдым асбестовым или полимерным катодом (диафрагменный и мембранный методы производства), третий - электролиз с жидким катодом (ртутный метод производства). В ряду электрохимических методов производства самым лёгким и удобным способом является электролиз с ртутным катодом, но этот метод наносит значительный вред окружающей среде в результате испарения и утечек металлической ртути. Мембранный метод производства самый эффективный, наименее энергоёмкий и наиболее экологичный, но и самый капризный, в частности, требует сырьё более высокой чистоты.

Едкие щёлочи, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом. Для некоторых производств это важно. Так, в производстве искусственных волокон можно применять только каустик, полученный при электролизе с жидким ртутным катодом. В мировой практике используются все три метода получения хлора и каустика, при явной тенденции в сторону увеличения доли мембранного электролиза. В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % - электролизом с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы).

Эффективность процесса производства рассчитывается не только по выходу едкого натра, но и по выходу хлора и водорода, получаемых при электролизе, соотношение хлора и гидроксида натрия на выходе 100/110, реакция протекает в следующих соотношениях:

Основные показатели различных методов производства даны в таблице:

Технологическая схема электролиза с твёрдым катодом

Диафрагменный метод - Полость электролизёра с твёрдым катодом разделена пористой перегородкой - диафрагмой - на катодное и анодное пространство, где соответственно размещены катод и анод электролизёра. Поэтому такой электролизёр часто называют диафрагменным, а метод получения - диафрагменным электролизом . В анодное пространство диафрагменного электролизёра непрерывно поступает поток насыщенного анолита. В результате электрохимического процесса на аноде за счет разложения галита выделяется хлор, а на катоде за счет разложения воды - водород. Хлор и водород выводятся из электролизёра раздельно, не смешиваясь:

2Cl - − 2е = Cl 2 0 , H 2 O − 2e − 1/2 О 2 = H 2 .

При этом прикатодная зона обогащается гидроксидом натрия. Раствор из прикатодной зоны, называемый электролитическим щёлоком , содержащий неразложившийся анолит и гидроксид натрия, непрерывно выводится из электролизёра. На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до 42-50 % в соответствии со стандартом. Галит и сульфат натрия при повышении концентрации гидроксида натрия выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или на стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией. Кристаллический галит (обратную соль) возвращают на электролиз, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. Из него во избежание накапливания сульфата в растворах перед приготовлением обратного рассола извлекают сульфат. Убыль анолита возмещают добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов или растворением твёрдого галита. Свежий рассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают от механических взвесей и значительной части ионов кальция и магния. Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётся либо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.

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

Основная технологическая стадия - электролиз, основной аппарат - электролитическая ванна, которая состоит из электролизёра, разлагателя и ртутного насоса, объединенных между собой коммуникациями. В электролитической ванне под действием ртутного насоса циркулирует ртуть, проходя через электролизёр и разлагатель. Катодом электролизёра служит поток ртути. Аноды - графитовые или малоизнашивающиеся. Вместе с ртутью через электролизёр непрерывно течёт поток анолита - раствор галита. В результате электрохимического разложения галита на аноде образуются ионы Cl - и выделяется хлор:

2 Cl - - 2е = Cl 2 0 ,

который отводится из электролизёра, а на ртутном катоде образуется слабый раствор натрия в ртути, так называемая амальгама :

Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель. В разлагатель также непрерывно подаётся хорошо очищенная от примесей вода. В нем амальгама натрия в результате самопроизвольного электрохимического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:

Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, не содержит примеси галита, вредной в производстве вискозы. Ртуть почти полностью освобождается от амальгамы натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку. Анолит, выходящий из электролизера, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесенные с ним, а также вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают двух- или трёхступенчатым процессом растворённый в нём хлор.

Лабораторные способы получения

В лаборатории гидроксид натрия получают химическими способами, которые имеют больше историческое, чем практическое значение.

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

В результате реакции образуется раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % NaOH. Расплавленный NaOH разливают в железные барабаны, где он застывает.

Ферритный способ описывается двумя реакциями:

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

Рынок каустической соды

ТР - твердый ртутный (чешуированный);

ТД - твердый диафрагменный (плавленый);

РР - раствор ртутный;

РХ - раствор химический;

РД - раствор диафрагменный.

Применение

Биодизельное топливо

Треска Lutefisk на праздновании Дня Конституции Норвегии

Гидроксид натрия - это вещество, которое относится к щелочам. У него есть и другие названия: каустическая сода, каустик, едкий натр, едкая щелочь. Представляет собой твердое белое вещество, которое способно поглощать водяной пар и углекислый газ из воздуха. Например, если оставить гидроксид натрия в неприкрытой банке, то вещество быстро впитает в себя пары воды из воздуха и через некоторое время превратится в бесформенную массу. Поэтому гидроксид натрия продается в герметичной вакуумной упаковке.

Также желательно не хранить кристаллы в стекле, поскольку гидроксид натрия способен вступать с ним в реакцию и разъедать его. При растворении гидроксида натрия в воде выделяется большое количество теплоты и раствор нагревается.

При взаимодействии гидроксида натрия с алюминием образуется тетрагидроксоалюминат натрия и водород. С помощью этой реакции получали водород, которым заполняли дирижабли и аэростаты.

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na + 3H₂

При взаимодействии едкого натра с фосфором образуется гипофосфит натрия и фосфин (гидрид фосфора):

4P + 3NaOH + 3H₂O → PH₃ + 3NaH₂PO₂

В взаимодействии гидроксида натрия с серой и галогенами происходит реакция диспропорционирования. Например, с хлором и серой реакции будут протекать следующим образом:

3S + 6NaOH → Na₂­SO₃ + 2Na₂S+ 3H₂O

3Cl₂ + 6NaOH → Na­ClO₃ +5 NaCl + 3H₂O (при нагревании)

Cl₂ + 2NaOH → Na­ClO + NaCl + H₂O (комнатная температура)

При контакте каустической соды с жирами происходит необратимая реакция омыления, благодаря которой производят шампуни, мыло и прочую продукцию.

При взаимодействии с многоатомными спиртами получаются белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, которые называются алкоголятами :

HOCH₂CH₂OH + 2NаOH → NaOCH₂CH₂ONa + 2H₂O

· Меры предосторожности при обращении с гидроксидом натрия · Литература ·

Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения гидроксида натрия

К химическим методам получения гидроксида натрия относятся известковый и ферритный.

Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется множество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнён примесями.

Сегодня эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.

Известковый метод

Известковый метод получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с гашенной известью при температуре около 80 °С. Этот процесс называется каустификацией; он проходит по реакции:

Na 2 СО 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaСО 3

В результате реакции получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH. После NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он застывает.

Ферритный метод

Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:

1. Na 2 СО 3 + Fe 2 О 3 = 2NaFeО 2 + СО 2
2. 2NaFeО 2 + xH 2 О = 2NaOH + Fe 2 O 3 *xH 2 О

Реакция 1 представляет собой процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100-1200 °С. Помимо этого образуется спек - феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции 2; получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe 2 O 3 *xH 2 О, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Получаемый раствор щелочи содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH, а после получают твёрдый продукт в виде гранул или хлопьев.

Электрохимические методы получения гидроксида натрия

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:

Едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них - электролиз с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы), третий - электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод).

В мировой производственной практике используются все три метода получения хлора и каустика с явной тенденцией к увеличению доли мембранного электролиза.

В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % - электролизом с твёрдым катодом.

Диафрагменный метод

Схема старинного диафрагменного электролизера для получения хлоа и щёлоков : А - анод, В - изоляторы, С - катод, D - пространство заполненное газами (над анодом - хлор, над катодом - водород), М - диафрагма

Наиболее простым, из электрохимических методов, в плане организации процесса и конструкционных материалов для электролизера, является диафрагменный метод получения гидроксида натрия.

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, обычно, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, в некоторых случаях, добавляют небольшое количество полимерных волокон.

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.

Противоток - очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH - ионов в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, тогда в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO -), который, после, может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO 3 - . Образование хлорат-иона серьёзно снижает выход по току хлора и является главным побочным процессом в этом методе получения гидроксида натрия. Так же вредит и выделение кислорода, которое кроме того, ведёт к разрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попадания в хлор примесей фосгена.

Анод: 2Cl - 2е → Cl 2 - основной процесс 2H 2 O - 2e - → O 2 +4H + Катод: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - основной процесс СlО - + Н 2 О + 2е - → Сl - + 2ОН - СlО 3 - + 3Н 2 O + 6е - → Сl - + 6OН -

В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их в основном заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.

На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до товарной концентрации 42-50 % масс. в соответствии со стандартом.

Поваренная соль, сульфат натрия и прочие примеси при повышении их концентрации в растворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или продолжают стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией.

Обратную, то есть кристаллизовавшуюся в осадок поваренную соль возвращают назад в процесс, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. От неё, во избежание накапливания примесей в растворах, перед приготовлением обратного рассола отделяют примеси.

Убыль анолита восполняют добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов, минеральных рассолов типа бишофита, предварительно очищенного от примесей или растворением галита. Свежий рассол перед смешиванием его с обратным рассолом очищают от механических взвесей и значительной части ионов кальция и магния.

Полученный хлор отделяется от паров воды, компримируется и подаётся либо на производство хлорсодержащих продуктов, либо на сжижение.

Благодаря относительной простоте и дешевизне диафрагменный метод получения гидроксида натрия по настоящее время широко используется в промышленности.

Мембранный метод

Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, в тоже время сложен в организации и эксплуатации.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение более чистых, чем в случае с диафрагменного метода, щелоков. Поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два.

В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток раствора соли. А в катодное - деионизированная вода. Из катодного пространства вытекает поток обеднённого анолита, содержащего так же примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из анодного - щёлока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

Щёлочь, получаемая с помощью мембранного электролиза, практически не уступает по качеству получаемой при помощи метода с использованием ртутного катода и медленно заменяет щёлочь, получаемую ртутным методом.

В тоже время, питающий раствор соли (как свежий так и оборотный) и вода предварительно максимально очищается от любых примесей. Такая тщательная очистка определяется высокой стоимость полимерных катионообменных мембран и их уязвимость к примесям в питающем растворе.

Кроме того, ограниченная геометрическая форма и кроме этого низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран в большей части определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Ртутный метод с жидким катодом

В ряду электрохимических методов получения щёлоков самым эффективным способом является электролиз с ртутным катодом. Щёлоки, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом (для некоторых производств это критично). К примеру, в производстве искусственных волокон можно применять только высокочистый каустик), а по сравнению с мембранным методом организация процесса при получении щёлочи ртутным методом гораздо проще.

Установка для ртутного электролиза состоит из электролизёра, разлагателя амальгамы и ртутного насоса, объединённых между собой ртутепроводящими коммуникациями.

Катодом электролизёра служит поток ртути, прокачиваемой насосом. Аноды - графитовые, угольные или малоизнашивающиеся (ОРТА, ТДМА или другие). Вместе с ртутью через электролизёр непрерывно течёт поток питающего поваренной соли.

На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется хлор:

Хлор и анолит отводится из электролизёра. Анолит, выходящий из электролизёра, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесённые с ним, и кроме этого вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают растворённый в нём хлор.

На катоде восстанавливаются ионы натрия, которые образуют слабый раствор натрия в ртути (амальгаму натрия):

Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель амальгамы. В разлагатель также непрерывно подаётся высоко очищенная вода. В нём амальгама натрия в результате самопроизвольного химического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:

Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, практически не содержит примесей. Ртуть почти полностью освобождается от натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку.

Однако, полная очистка раствора щелочи от остатков ртути практически не возможна, поэтому этот метод сопряжён с утечками металлической ртути и её паров.

Растущие требования к экологической безопасности производств и дороговизна металлической ртути ведут к постепенному вытеснению ртутного метода методами получения щелочи с твёрдым катодом, в особенности мембранным методом.

Лабораторные методы получения

В лаборатории гидроксид натрия в некоторых случаях получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизёр диафрагменного или мембранного типа.

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.