Формула едкого натра, химические свойства и область применения

0 5

Гидроксид натрия имеет большое значение для промышленности, этим и обусловлено его широкое распространение. Каустик, или едкий натр, применяется практически во всех областях жизни человека — от химического производства до пищевой отрасли. Несмотря на свои разъедающие свойства, эта щелочь зарегистрирована как пищевая добавка Е524. Это не означает, что она вообще не несет вред для здоровья, хотя в минимальных дозах каустическая сода неопасна.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Гидроксид натрия крайне опасен в превышающих норму дозировках

В этой статье:

  1. История открытия и происхождения вещества
  2. Химические и физические свойства
  3. Получение различными способами
  4. Диафрагменный метод
  5. Мембранное производство
  6. Использование жидкого ртутного катода
  7. Применение натриевой щелочи
  8. Опасность и меры предосторожности

История открытия и происхождения вещества

В древности это вещество добывали из природных озер, об этом даже имеются упоминания в Библии. Конечно, тогда еще была неизвестна его формула, а также все свойства, но по описанию похоже, что это был именно каустик.

В древнеримских и древнегреческих письменных источниках известных ученых и философов того времени содержатся сведения о веществе nitrum. Оно имело вид больших твердых кусков белого либо черного цвета и их промежуточных оттенков. Дело в том, что в природных условиях каустическая сода чаще всего загрязнена углем, а в то время еще не было придумано методик очистки. Но даже такую форму активно применяли для очищения домашней утвари, посуды и других предметов быта.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Вещество натрий было упомянуто ещё во времена древнего Рима под названием nitrum

В IV веке до нашей эры начали производить мыло, используя при этом натриевую щелочь. Спектр добычи этого вещества несколько расширился, и теперь едкий натр выделяли из пепла растения Salsola Soda. Мыло использовалось преимущественно для стирки белья, а позже, когда в арабских странах в него додумались добавлять ароматические масла, его начали применять в косметологии.

С этого момента мыловарение стало активно развиваться, а его технологии — совершенствоваться. Но всегда и везде каустик являлся неотъемлемым ингредиентом любого хорошего мыла.

Только в XVII веке ученый Дюамель дю Монсо отграничил натриевую щелочь от других химических соединений, с которыми ранее ее объединяли — двууглекислый натрий, гидроксид калия, а также карбонаты натрия и калия. Он разделил их по свойствам и дал им названия, которыми химики пользуются и по сей день.

Химические и физические свойства

Формула каустической соды — NaOH.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Едкий натрий имеет кристаллическую структуру

Едкий натр имеет вид кристаллического порошка белого цвета. Кристаллы твердые, не крошатся, легко растворимы в воде. Имеют сильную щелочную реакцию — pH13. Для сравнения, уровень кислотно-щелочного баланса пищевой соды — 8. Как видно из формулы, едкий натрий состоит из молекул водорода, кислорода и натрия, которые полностью диссоциируют в воде, благодаря чему он относится к сильным химическим основаниям.

Физические характеристики натриевой щелочи следующие:

  • молярная масса: 39,997 г/моль;
  • температура кристаллизации (плавления): 318°C;
  • температура кипения: 1388 °C;
  • плотность: 2,13 г/см³.

В 100 мл возможно полностью растворить 108,7 г вещества. Процесс идет с выделением большого количества тепловой энергии, что делает его взрывоопасным.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Происходит экзотермическая реакция при контакте гидроксида натрия с водой

Кристаллы гидроксида натрия очень гигроскопичны, способны мгновенно поглощать воду в газообразном состоянии из окружающего воздуха, при этом даже видно, как они «расплываются». Формула водного раствора едкого натра — NaOH·3,5Н2О.

Растворенная щелочь имеет определенную мылкость, если растереть ее пальцами. Это ощущение обусловливается активным омылением кожного жира под ее воздействием. Подобными свойствами обладают также гидроксиды калия, барита, лития, рубидия, цезия и таллия. По этой причине раньше многие из них относились к одному веществу.

Каустик взаимодействует с кислотами и их оксидами, солями и гидроксидами, а также с галогенами, серой и фосфором. С металлами проявляет коррозийно-активные свойства, что позволяет хорошо очищать их поверхность от окислов.

В этом видео рассказано про гидроксид натрия:

Каустик относится ко второму классу опасности, это говорит о том, что он высокоопасен и требует специальных мер предосторожности при перевозке и применении.

Получение различными способами

В лабораторных и промышленных целях каустик получают по-разному, однако есть наиболее популярные методы, которые просты в использовании и позволяют получить качественный продукт.

Диафрагменный метод

Считается наиболее простым с точки зрения организации и используемых материалов для конструкции электролизера. Согласно этому способу соляной раствор подается к аноду через катодную сетку асбестовой диафрагмой. Водород при этом выводится при помощи специальной трубки, не проникая через сетку из-за противотока, благодаря которому получение щелочи отделено от хлора. Выделение кислорода вредит процессу и может привести к разрушению анода.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Диафрагменный процесс является одним из самых распространенных методов синтеза гидроксида натрия

Полученный в результате реакции раствор щелочи выпаривают, избавляют от примесей, выпадающих в осадок, и доводят до кристаллизации. Хлор, выделенный во время реакции, сжижается либо используется в производстве хлорсодержащих продуктов. Диафрагменный метод ценится за простоту и незатратность, поэтому до сих пор широко применяется для получения каустика.

Мембранное производство

Этот метод считается самым эффективным, но его довольно сложно организовать. Процессы сходны с диафрагменным методом, однако вместо проницаемой диафрагмы анод отделен от катода плотной мембраной, через которую не могут проходить анионы, в то время как катионы свободно просачиваются. В таком случае производство получается более чистым, с минимальным количеством побочных продуктов и примесей. Еще одной особенностью является наличие двух потов, а не одного, как в диафрагменном синтезе.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Несмотря на сложность мембранного производства, с помощью него можно получить более чистую щелочь

Солевой раствор точно так же проникает к аноду, а к катоду подается деионизированная вода. В результате из катодного пространства вытекает щелочь и водород почти без примесей, а кроме того, практически не требующие выпаривания, так как находятся в приемлемой концентрации.

Мембранные системы довольно сложны и требуют тщательнейшей предварительной очистки подающихся растворов из-за уязвимости катионообменных мембран к примесям и дороговизны материала, из которого они изготовлены. К тому же необходимо устанавливать системы управления и контроля за процессом, что само по себе сложно и затратно.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Мембранный процесс производства крайне затратен и сложно устроен, поэтому применяется редко

Использование жидкого ртутного катода

Электролиз с использованием ртути позволяет получить гораздо более чистый продукт, чем при диафрагменном методе. Кроме того, если сравнивать с мембранным способом получения каустика, то ртутный намного проще.

Установка состоит из следующих компонентов:

  • электролизер;
  • разлагатель амальгамы;
  • ртутный насос;
  • подающие трубки.

Катодом является непрерывный ртутный поток, подаваемый насосом, аноды чаще всего делают из графита или угля. Параллельно со ртутным потоком через электролизер проходит раствор поваренной соли.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Ртуть крайне дорога в стоимости и сильно вредит окружающей среде, поэтому ртутный метод
почти не используется для производства щелочи

На аноде идет процесс оксигенации ионов хлора из солевого раствора выделением хлора. Хлор с отработанным анолитом выводится, хлор извлекают, а анолит донасыщают и освобождают от примесей, после чего снова подают в электролизер.

На катоде образуется слабый раствор натрия в ртути — амальгама натрия. Далее амальгама поступает в разлагатель вместе с высоко очищенной водой. Там амальгама натрия практически полностью разлагается водой в результате самопроизвольно протекающего химического процесса. В итоге образуется каустический раствор, водород и ртуть.

В результате ртутного метода раствор натра почти не содержит примесей и считается высококачественным. Очищенная от натрия ртуть направляется обратно на электролиз, водород подлежит очистке.

Однако ввиду высокой стоимости ртути и неэкологичности метода использование ртутного катода постепенно вытесняется другими способами получения натриевой щелочи, в частности, мембранным способом.

Применение натриевой щелочи

Ежегодно в мире синтезируется более 58 миллионов тонн едкого натра, что обусловлено широким спектром отраслей, в которых он используется.

  1. В химическом производстве каустик незаменим при травлении алюминия, нейтрализации сильных кислот и их оксидов, а также для омыливания жиров, синтезирования эфиров, получения волокон и выделения чистых металлов и других химических соединений.
  2. В бумажной промышленности натр применяется для качественной обработки целлюлозы, в частности для избавления от древесного лигнина.
  3. Хозяйственная деятельность также не обходится без этого вещества, так как практически все чистящие и моющие средства — порошки, шампуни, мыла, гели и так далее — имеют в своем составе этот ингредиент, и, собственно, именно благодаря ему и появляется так называемый мыльный эффект. Также гранулы и гель с содержанием натра используют как растворитель засоров в трубах.

    Формула едкого натра, химические свойства и область применения

    Благодаря каустической соде легко можно прочистить засоры в трубах

  4. Производство дизельного биотоплива. Для его синтеза используется растительное сырье масличных культур — рапсовое, соевое, льняное и другие — 9 частей, спирт — 1 часть, и едкий натр в качестве катализатора. В результате получается легковоспламеняемый эфир с высоким цетановым числом (аналог октанового числа бензина). Как побочный продукт производства образуется глицерин, также применяемый во многих областях промышленности.
  5. В пищевой отрасли каустик участвует в приготовлении кондитерских и хлебобулочных изделий, консервировании маслин, производстве мороженого, шоколада и конфет.
  6. Табачная и ликеро-водочная промышленность также широко применяет натр для производства своей продукции.
  7. В медицине — при синтезировании лекарств и наркотических веществ. Косметологией натриевая щелочь используется для удаления таких доброкачественных новообразований, как бородавки, папилломы и родинки.
  8. Кроме того, гидроксид натрия применяется в текстильной промышленности и производстве матового стекла (при воздействии разогретого основания на обычное стекло происходит выщелачивание силикатов, и поверхность стекла становится матовой).

Таким образом, неудивительно, что синтез этого вещества во всем мире так популярен, ведь каустик востребован практически во всех отраслях промышленности.

Опасность и меры предосторожности

При попадании на кожу, слизистые оболочки и внутрь человеческого тела каустическая сода способна вызвать тяжелые химические ожоги, которые могут нанести непоправимый вред организму — некротические поражения тканей, потеря участков кожного покрова, атрофию зрительного нерва, некоторых функций вплоть до летального исхода в зависимости от степени поражения и своевременности оказания квалифицированной медицинской помощи. Ожоги щелочью даже опаснее кислотных воздействий — разъедание трудно остановить, а еще сложнее избавиться от последствий и вернуть все в норму.

Формула едкого натра, химические свойства и область применения

Обязательно придерживайтесь техники безопасности про работе с щелочью

Если раствор едкой соды попал на кожу или слизистые оболочки, требуется срочно промыть пораженный участок слабым раствором уксуса, а после — чистой проточной водой.

Кроме повреждения тканей тела, едкий натр растворяет все органические вещества. При выбросе его в окружающую среду без предварительной нейтрализации может надолго загрязнить почву и выжечь на ней все живое, в том числе растения на поверхности и живые организмы в толще грунта. То же касается и попадания в природные водоемы, где его раствор хоть и слабеет, но все же вызывает гибель рыбы и всей водной экосистемы в окрестностях выброса.

В промышленных масштабах каустик нейтрализуют кислотой. Химическая реакция, возникающая при соединении этих веществ, способствует образованию соли и воды: NaOH + HCl = NaCl + H2O.

Так же поступают и с другими опасными гидроксидами, например, едким калием (H2SO4 + KOH = H2O + KSO4).

Это интересно: кальцинированная сода инструкция по применению.

Во время любого взаимодействия обязательно нужно учитывать свойства едкого натра и использовать средства для защиты:

  • очки для глаз с брызгозащитными свойствами;
  • резиновые перчатки;
  • химически стойкая одежда.

Кроме того, необходимо учитывать, что гидроксид натрия, находящийся в воздухе, не должен превышать концентрацию в 0,5 мг/м³.

Таким образом, едкий каустик является не только очень ценным для промышленности, но и крайне опасным веществом. Поэтому любое использование его в производстве или дома должно предусматривать обязательную защиту организма от его вредного воздействия. Кроме того, очень важно правильно дозировать этот гидроксид во избежание ожогов и отравления.

Источник

Оставьте ответ

Your email address will not be published.