Что такое каустическая сода: формула, получение гидроксида натрия. Натрия гидроксид

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.

Гидроксид натрия, натрий гидроксид — неорганическое соединение, гидроксид состав NaOH. Представляет собой белые, непрозрачные и очень гигроскопичные кристаллы. Вещество хорошо растворимый в воде при соединении с водой выделяется большое количество тепла.

Проявляет сильные щелочные свойства. Значение pH 1% -го водного раствора составляет 13.

Гидроксид натрия является токсичным соединением, может также вызывать коррозию металлов. Вещество применяется в производстве многочисленных продуктов, в частности, поверхностно-активных веществ, бумаги, косметики, лекарственных средств.

Физические свойства

Гидроксид натрия NaOH — белое твердое вещество. Оставленный на воздухе едкий натрий вскоре рассеивается так как притягивает влагу из воздуха. Вещество хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты.

Растворимость в метаноле составляет 23,6 г / л (при 28 ° C), в этаноле — 14,7 г / л (28 ° C).

Раствор едкого натра ошибкой на ощупь.

Термодинамика растворов

Энтальпия растворения для бесконечно разбавленного водного раствора составляет -44,45 кДж / моль.

Из водных растворов кристаллизуются гидраты:

• при 12,3-61,8 ° C — моногидрат NaOH · H 2 O (сингониях ромбическая, температура плавления 65,1 ° C; плотность 1,829 г / см; ΔH 0 утв -425,6 кДж / моль)
• в интервале -28 … -24 ° C — гептагидрат NaOH · 7H 2 O;
• от -24 до -17,7 ° C — пентагидрат NaOH · 5H 2 O;
• от -17,7 до -5,4 ° C — тетрагидрат NaOH · 4H 2 O (α-модификация);
• от -8,8 до 15,6 ° C — NaOH · 3,5Н 2 О (температура плавления 15,5 ° C).
• от 0 ° C до 12,3 ° C — дигидрат NaOH · 2H 2 O;

Получение

Исторически первым методом получения гидроксида натрия было взаимодействие соды Na 2 CO 3 и гашеной водой извести CaO:

Проведению реакции способствует перемешивание и высокая температура, поэтому ее осуществляли в стальных реакторах с мешалками. После получения продуктов, от продуктов отделяли растворим карбонат кальция и выпаривали остаточный раствор гидроксида натрия при 180 ° C в чугунных емкостях без доступа воздуха. Таким образом можно было получить раствор концентрацией до 95%.

В 1892 году независимо друг от друга американский ученый Гамильтон Кастнер и австриец Карл Кельнер открыли способ получения гидроксида электролизом хлорида натрия, который широко распространен в природе. Течение реакций можно описать суммарным уравнением:

Этот метод и по сей день является основным промышленным способом добывания NaOH, однако некоторые условия проведения синтеза испытывали модификаций. В частности, для предотвращения протекания реакций между продуктами и исходными веществами различные этапы взаимодействия проводят в отдельных реакторах или разграничиваются. По этому критерию различают три основных метода: ртутный, диафрагменные и мембранный.

Ртутный процесс

В оригинальном методе синтеза NaOH в качестве катода используется ртутный электрод. Попадая на катод, ионы натрия образуют там жидкие амальгамы переменного состава NaHg n:

Амальгамы выделяются из реакционной системы и переводятся в другую, где происходит разложение амальгамы водой с образованием гидроксида натрия:

По этому методу образуется раствор NaOH концентрацией 50-73% и практически свободен от загрязняющих примесей (хлора, хлорида натрия). Образована в результате разложения ртуть возвращается в электрод.

На аноде (графитовом или другом) происходит окисление хлорид-ионов с образованием свободного хлора

Кроме этого, имеют место также побочные реакции: окисление гидроксид-иона и электрохимическое образования хлорат-иона. Гидролизом полученного хлора могут образовываться и незначительные количества гипохлорит-ионов.

Диафрагменные процесс

В диафрагменного методе пространство между катодом и анодом разъединен перегородкой, которая не пропускает растворы и газы, однако не препятствует прохождению электрического тока и миграции ионов. Обычно, в качестве таких перегородок используется асбестовая ткань, пористые цементы, фарфор и т.

В анодный пространство подается раствор NaCl: на аноде (графитовом или магнетитовых) восстанавливаются хлорид-ионы, а катионы Na + (и, частично, анионы Cl -) мигрируют сквозь диафрагму к катодной пространства. Там катионы где сочетаются с гидроксид-ионами, образованными восстановлением воды на железном или медном катоде:

С катодной пространства в результате выделяется смесь гидроксида и хлорида натрия с содержанием NaOH 10-15% (и около 18% NaCl). Путем испарения удается увеличить концентрацию гидроксида до 50%, но содержание хлорида все равно остается существенным. Для выделения хлорида из смеси, ее обрабатывают жидким аммиаком с образованием легковиддилюваного хлорида аммония (однако, этот способ является малораспространенным за высокой стоимости его проведения). Также применяется метод, который заключается в охлаждении смеси и выделении кристаллов гидрата NaOH · 3,5H 2 O, которые в дальнейшем дополнительно дегидратують.

Мембранный процесс

Этот способ был разработан в 1970-х годах компанией «DuPont» и считается наиболее совершенным из существующих. В мембранном процессе в реакторе устанавливается катионообменная мембрана, которая является проницаемой для ионов Na +, движущихся в катодный пространство, и подавляет миграцию гидроксид-ионов, которые мигрируют в обратном направлении — таким образом в катодном пространстве увеличивается концентрация составляющих NaOH. Экономически выгодной для синтеза считается концентрация 30-35%, а новейшие мембраны позволяют увеличить это значение до 50%.

По этому методу хлорид натрия теоретически не образуется, но проникновение хлорид-ионов через мембрану все же может иметь место.

Получение твердого NaOH

Твердый NaOH (каустическая сода) получают выпариванием его раствора к содержимому воды меньше 0,5-1,5%. Сначала 50% -ный раствор выпаривают в вакууме до концентрации 60%, а концентрацию 99% достигают с применением теплоносителей (смесь NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) при температуре выше 400 ° C: раствор подается насосом в разогретую камеру для испарения, где отделяется остальные воды.

Марки

Гидроксид натрия выпускается в двух видах: твердом и жидком. Твердая гранулированная каустическая сода представляет собой белую твердую массу с размером чешуек 0,5-2 см. Редкий раствор каустической соды — бесцветный. Коммерчески важны растворы гидроксида натрия с концентрацией 50%.

Технический едкий натр выпускают следующих марок:

• ТР — твердый ртутный;
• ТД — твердый диафрагменный (плавленый)
• РР — раствор ртутный;
• РХ — раствор химический;
• РД — раствор диафрагменный.

Химические свойства

Гидроксид натрия активно поглощает влагу из воздуха, образуя гидраты различного состава, которые разлагаются при нагревании:

В растворах соединение хорошо распадается:

Проявляя сильные щелочные свойства, гидроксид натрия легко взаимодействует с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами:

NaOH легко взаимодействует с галогенами, а при высоких температурах — также и с металлами:

При взаимодействии с солями, которые являются производными слабых оснований, образуются соответствующие гидроксиды:

Реагируя с монооксидом углерода, синтезируется формиат натрия:

Требования безопасности

Сода каустическая пожаро- и взрывобезопасная. Едкая, коррозионно активное вещество. По степени воздействия на организм относится к веществам 2-го класса опасности. Как твердое вещество, так и концентрированные его растворы вызывают очень сильные ожоги. Попадание щелочи в глаза может привести к тяжелым заболеваниям и даже к потере зрения. При попадании на кожу, слизистые оболочки, глаза образуются сильные химические ожоги. При попадании на кожу — промыть слабым раствором уксусной кислоты.

При работе используют защитные средства: защитные очки, резиновые перчатки, прорезиненный химостойких одежду.

Применение

Гидроксид натрия применяется во многих отраслях промышленности и в быту:

• Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волокнистых плит.
• Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств. В последнее время продукты на основе гидроксида натрия (с добавлением гидроксида калия, нагретые до 50-60 градусов Цельсия, применяются в сфере промышленной мойки для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и других масляных веществ, а также остатков механической обработки.
• В химических отраслях промышленности — для нейтрализации кислот и кислотных оксидов, как реагент или катализатор в химических реакциях, в химическом анализе для титрования, для травления алюминия и в производстве чистых металлов, в нефтепереработке — для производства масел.
• Для изготовления биодизельного топлива — которое получают из растительных масел и используют для замены обычного дизельного топлива. Для получения биодизеля в девяти массовых единиц растительного масла добавляют одну массовую единицу спирта (то есть соблюдается пропорция 9: 1), а также щелочной катализатор (NaOH). Полученный эфир (главным образом линолевой кислоты) отличается превосходной воспламеняемости, что обеспечивается высоким цетановым числом. Если для минерального дизтоплива характерен показатель в 50-52%, то метиловый эфир соответственно 56-58% цетана. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое и другие, кроме тех, в составе которых высокое содержание пальмитиновой кислоты (пальмовое масло). При ее производстве в процессе этерификации также образуется глицерин который используется в пищевой, косметической и бумажной промышленности, или перерабатывается в Эпихлоргидрин по методу Сольве.
• Как агент для растворения засоров канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия дезагрегуе засорения и способствует легкому продвижению его далее по трубе.
• В гражданской обороне для дегазации и нейтрализации ядовитых веществ, в том числе зарина, в ребризера (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки воздуха, выдыхаемого от углекислого газа.
• Гидроксид натрия также используется для мойки пресс-форм автопокрышек.
• В приготовлении пищи: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожуры, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, покраске карамели, для размягчения маслин и предоставления им черного окраса, при производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрировано в качестве пищевой добавки E524.
• В косметологии для удаления ороговевших участков кожи: бородавок, папиллом.

Видео по теме

Изображения по теме

Гидроксид натрия (пищевая добавка Е524, едкий натр, гидроокись натрия, каустическая сода) – твердая сплавленная масса желтоватого или белого цвета. По своим химическим свойствам гидроксид натрия относится к сильной щелочи.

Общие свойства гидроксида натрия

Едкий натр обычно выпускается в виде прозрачного бесцветного раствора или в виде пасты.

Каустическая сода отлично растворяется в воде, выделяя тепло. При взаимодействии с воздухом это вещество расплывается, поэтому в продажу оно поступает в герметически закрытой таре. В природных условиях гидроокись натрия входит в состав минерала брусита. Температура кипения гидроокиси натрия составляет 1390 °C, температура плавления – 322 °C.

Получение гидроксида натрия

В 1787 году врач Никола Леблан разработал удобный метол получения гидроксида натрия из хлористого натрия. Позднее метод Леблана был вытеснен электролитическим способом получения едкого натра. В 1882 году был разработан ферритный способ получения гидроксида натрия, основанный на использовании кальцинированной соды.

В настоящее время гидроксид натрия чаще всего получают путем электролиза солевых растворов. Ферритный способ получения каустической соды сейчас используется достаточно редко.

Применение гидроксида натрия

Гидроокись натрия – невероятно популярное и широко используемое химическое соединение. Ежегодно производится около семидесяти миллионов тонн едкого натра.

Каустическая сода используется в фармацевтической, химической, пищевой промышленности, а также в косметической и текстильной. Едкий натр применяют при изготовлении синтетического фенола, глицерина, органических красителей, лекарственных препаратов. Данное соединение может нейтрализовать содержащиеся в воздухе вредные для организма человека компоненты. Поэтому растворы гидроксида натрия нередко используют для дезинфекции помещений.

В пищевой промышленности гидроокись натрия используется как регулятор кислотности, препятствующий комкованию и слеживанию. Пищевая добавка Е524 поддерживает необходимую консистенцию продуктов при производстве маргарина, шоколада, мороженого, сливочного масла, карамели, желе, джема.

Хлебобулочные изделия перед выпечкой обрабатывают раствором каустической соды для получения темно-коричневой хрустящей корочки. Кроме того, пищевую добавку Е524 применяют для рафинирования растительного масла.

Вред гидроксида натрия

Едкий натр – токсичное вещество, разрушающее слизистую оболочку и кожные покровы. Ожоги от гидроксида натрия очень медленно заживают, оставляя рубцы. Попадание вещества в глаза чаще всего приводит к потере зрения. При попадании щелочи на кожные покровы следует промыть пораженные области струей воды. При попадании внутрь организма едкий натр вызывает ожоги гортани, полости рта, желудка и пищевода.

Все работы с гидроокисью натрия надо проводить в защитных очках и в спецодежде.

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

2NaCl + 2H 2 О = H 2 + Cl 2 + 2NaOH,

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:

1,8 NaCl + 0, 5 H 2 O + 2,8 МДж = 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2 ,

Основные показатели различных методов производства даны в таблице:

Показатель на 1 тонну NaOH	Ртутный метод	Диафрагменный метод	Мембранный метод
Выход хлора %	97	96	98,5
Электроэнергия (кВт·ч)	3 150	3 260	2 520
Концентрация NaOH	50	12	35
Чистота хлора	99,2	98	99,3
Чистота водорода	99,9	99,9	99,9
Массовая доля O 2 в хлоре, %	0,1	1-2	0,3
Массовая доля Cl - в NaOH, %	0,003	1-1,2	0,005

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.

Технологическая схема электролиза .

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 :

Na + + е = Na 0 nNa + + nHg - = Na + Hg

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:

Na + Hg + Н 2 0 = NaOH + 1/2Н 2 + Hg

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:

Na 2 C0 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaC0 3

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:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (1) Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (2)

(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

Мировое производство натра едкого, 2005 год

Производитель	Обьем производства, млн.тонн	Доля в мировом производстве
DOW	6.363	11.1
Occidental Chemical Company	2.552	4.4
Formosa Plastics	2.016	3.5
PPG	1.684	2.9
Bayer	1.507	2.6
Akzo Nobel	1.157	2.0
Tosoh	1.110	1.9
Arkema	1.049	1.8
Olin	0.970	1.7
Россия	1.290	2.24
Китай	9.138	15.88
Другие	27.559	47,87
Всего:	57,541	100

В России согласно ГОСТ 2263-79 производятся следующие марки натра едкого:

ТР - твердый ртутный (чешуированный);

ТД - твердый диафрагменный (плавленый);

РР - раствор ртутный;

РХ - раствор химический;

РД - раствор диафрагменный.

Наименование показателя	ТР ОКП 21 3211 0400	ТД ОКП 21 3212 0200	РР ОКП 21 3211 0100	РХ 1 сорт ОКП 21 3221 0530	РХ 2 сорт ОКП 21 3221 0540	РД Высший сорт ОКП 21 3212 0320	РД Первый сорт ОКП 21 3212 0330
Внешний вид	Чешуирова- нная масса белого цвета. Допускается слабая окраска	Плавленая масса белого цвета. Допускается слабая окраска	Бесцветная прозрачная жидкость		Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристалли- зованный осадок	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристалли- зованный осадок	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристалли- зованный осадок
Массовая доля гидроксида натрия, %, не менее	98,5	94,0	42,0	45,5	43,0	46,0	44,0

Показатели российского рынка жидкого натра едкого в 2005-2006 г.

Наименование предприятия	2005 г. тыс.тонн	2006 г. тыс.тонн	доля в 2005 г.%	доля в 2006 г.%
ОАО «Каустик» , Стерлитамак	239	249	20	20
ОАО «Каустик» , Волгоград	210	216	18	18
ОАО «Саянскхимпласт»	129	111	11	9
ООО «Усольехимпром»	84	99	7	8
ОАО «Сибур-Нефтехим»	87	92	7	8
ОАО «Химпром» , Чебоксары	82	92	7	8
ВОАО «Химпром» , Волгоград	87	90	7	7
ЗАО «Илимхимпром»	70	84	6	7
ОАО «КЧХК»	81	79	7	6
НАК «АЗОТ»	73	61	6	5
ОАО «Химпром», Кемерово	42	44	4	4
Итого:	1184	1217	100	100

Показатели российского рынка твердого натра едкого в 2005-2006 г.

Наименование предприятия	2005 г. тонн	2006 г. тонн	доля в 2005 г.%	доля в 2006 г.%
ОАО «Каустик» , Волгоград	67504	63510	62	60
ОАО «Каустик» , Стерлитамак	34105	34761	31	33
ОАО «Сибур-Нефтехим»	1279	833	1	1
ВОАО «Химпром» , Волгоград	5768	7115	5	7
Итого:	108565	106219	100	100

Применение

Биодизельное топливо

Треска Lutefisk на праздновании Дня Конституции Норвегии

Каустическая сода - самая распространённая щёлочь, объемы производства и потребления которой в год составляют до 57 миллионов.
Чистый гидроксид натрия NаОН представляет собой белую непрозрачную массу, жадно поглощающую из воздуха водяные пары и углекислый газ.
Существуют две модификации безводного едкого натра –α-NаОН с ромбической формой кристаллов и β-NаОН с кристаллами кубической формы. С водой NаОН образует ряд кристаллогидратов: NaOH*H 2 O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.
Температура плавления = 323 гр. С, температура кипения = 1403 гр. С.
Плотность = 2,02 г/см 3 .

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13).
Это очень сильное химическое основание , вступает в реакции, характерные для типичных оснований.

Взаимодействует с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твердых веществ - реакции нейтрализации . Вступает в реакции с кислотами, с амфотерными оксидами (в растворе и расплаве), с кислотными оксидами - с образованием солей.

Например:
2NaOH + 2HCl = 2NaCl + H 2 O
ZnO + 2NaOH (расплав) = Na 2 ZnO 2 + H 2 O
ZnO + 2NaOH (раствор) + H 2 O = Na 2 + H 2
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (при избытке NaOH)
Взаимодействие с кислотными оксидами используется для очистки промышленных выбросов от кислотных газов (например: CO 2 , SO 2 и H 2 S).

Как сильная щелочь NaOH вытесняет более слабые основания из солей:
2NaOH + CoCl 2 = 2NaCl + Co(OH) 2

Это свойство применяют для осаждения гидроксидов металлов едким натром.
Например, таким образом очищают воду от мелких взвесей (получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе).
6NaOH + Al 2 (SO 4) 3 = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 .

Также гидроксид натрия вступает в реакции с неметаллами :
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O
2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O

и металлами (имеющими высокий электрохимический потенциал):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 3H 2 + 2Na

Со спиртами образует алкоголяты:
HO-CH 2 -CH 2 ОН + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2Н 2 O

Участвует в реакциях гидролиза (взаимодействие с эфирами, амидами и алкилгалогенидами):
ROOR 1 + NaOH = ROONa + R 1 OH (эфир + гидроксид натрия = карбоксилат натрия + спирт)

Это свойство щелочи широко применяется в промышленности, при получении твердого мыла (в случае взаимодействия гидроксида натрия с мылом (омыление ) реакция необратима):
(C 17 H 35 COO) 3 C 3 H 5 + 3NaOH = C 3 H 5 (OH) 3 + 3C 17 H 35 COONa

Продукт очень агрессивен! Он разрушает стекло и фарфор за счет взаимодействия с содержащимся в них диоксидом кремния (выщелачивание силикатов ): 2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O, а также материалы органического происхождения (бумагу, кожу и пр).

Класс опасности
Едкий натр представляет собой едкое вещество. При попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого натра в глаза. Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) - 0,5 мг/м3.
Каустическая сода пожаро- и взрывобезопасна, относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Упаковка, транспортировка, хранение
Технический едкий натр транспортируют железнодорожным, автомобильным, водным транспортом в крытых транспортных средствах в упаковке и наливом в железнодорожных и автомобильных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Железнодорожным транспортом продукт перевозят в бочках, барабанах, ящиках повагонно.
Технический едкий натр, предназначенный для медицинской промышленности и производства искусственного волокна, по требованию потребителя транспортируют в железнодорожных цистернах с котлами из нержавеющей стали или гуммированными, принадлежащих потребителю или изготовителю.
Цистерны заполняют едким натром до полной вместимости с учетом объемного расширения продукта при возможном перепаде температур в пути следования.
Перед заливом цистерн с остатком раствора едкого натра должен быть проведен анализ остатка на соответствие требованиям настоящего стандарта. Если анализ остатка соответствует требованиям настоящего стандарта, то цистерну заполняют продуктом; если анализ остатка не соответствует требованиям настоящего стандарта, то остаток удаляют, а цистерну промывают.

Технический едкий натр, упакованный в специализированные контейнеры, транспортируют только автомобильным транспортом.

Продукт, упакованный в бочки, барабаны и ящики, транспортируют в пакетированном виде по ГОСТ 26663, ГОСТ 24957, ГОСТ 21650, ГОСТ 21140, на поддонах по ГОСТ 9557 и ГОСТ 26381.

Раствор технического едкого натра хранят в закрытых емкостях из материала, стойкого к щелочам.
Упакованный продукт хранят в складских неотапливаемых помещениях.

Применение
Едкий натр находит широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности и для бытовых нужд.
- В химической и нефтехимической промышленности (на их долю приходится около 57% суммарного объема российского потребления NaOH)- для нейтрализации кислот и кислотных оксидов, как реагент или катализатор в химических реакциях, в химическом анализе для титрования, для травления алюминия и в производстве чистых металлов, в нефтепереработке - для производства масел.
- Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит.,
- Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств.
- В производстве биодизельного топлива, получаемого из растительных масел и используемого для замены обычного дизельного топлива.
- В качестве агента для растворения засоров канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия дезагрегирует засор и способствует лёгкому продвижению его далее по трубе.
- Дегазации и нейтрализации отравляющих веществ, в том числе зарина, в ребризерах (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа.
- В пищевой промышленности: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, окрашивания карамели, для размягчения маслин и производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E524.
- В цветной металлургии, энергетике, в текстильной промышленности, для регенерации резины.

ПОЛУЧЕНИЕ

В начале 19 века производство каустической соды (NаОН) было тесно связано с развитием производства кальцинированной соды. Эта взаимосвязь была обусловлена тем, что сырьем для химического способа получения NаОН служила кальцинированная сода, которая в виде содового раствора каустифицировалась известковым молоком. В конце 19 века стали быстро развиваться электрохимические методы получения NаОН электролизом водных растворов NаСl. При электрохимическом способе получения одновременно с NаОН получают хлор, который находит широкое применение в промышленности тяжелого органического синтеза и в других областях промышленности, что объясняет быстрое развитие электрохимического производства NаОН.

На сегодняшний день каустическую соду получают либо путем электролиза раствора хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо, реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество производимой в мире кальцинированной соды используется для получения каустической соды.

Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция:
Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + 2NaOH
Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится в коллектор.

Электролизные методы. В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия – отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия.

В большинстве промышленных установок, используемых для получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью диафрагмы (диафрагменный метод ), помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор. Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное отделение. В установке с непогруженной диафрагмой раствор каустической соды отводится из катодного отделения по мере образования, так что камера оказывается пустой. В некоторых установках с непогруженной диафрагмой в пустое катодное отделение напускается водяной пар, чтобы облегчить удаление каустической соды и поднять температуру.

В диафрагменных установках получается раствор, содержащий как каустическую соду, так и соль. Большая часть соли выкристаллизовывается, когда концентрация каустической соды в растворе доводится до стандартного значения 50%. Такой «стандартный» электролизный раствор содержит 1% хлорида натрия. Продукт электролиза пригоден для многих применений, например для производства мыла и чистящих препаратов. Однако для производства искусственного волокна и пленки требуется каустическая сода высокой степени очистки, содержащая менее 1% хлорида натрия (соли). «Стандартный» жидкий каустик можно надлежащим образом очистить методами кристаллизации и осаждения.

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

Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить в установке с ртутным катодом (ртутный электролиз ). Металлический натрий образует с ртутью амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Хотя концентрация и чистота соляного раствора для установки с ртутным катодом более важны, чем для установки с диафрагмой, в первой получается каустическая сода, пригодная для производства искусственного волокна. Ее концентрация в растворе составляет 50–70%. Более высокие затраты на установку с ртутным катодом оправдываются получаемой выгодой.

Литература:
ГОСТ 2263-79: Натр едкий технический. Технические условия. - М., ИПК Издательство стандартов, 2001; Популярная библиотека химических элементов. - М., Наука, 1977; Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Курс лекций. - Кафедра химии и экологии НовГУ, 2007; Основы общей химии, т. 3, Б. В. Некрасов. - М., Химия, 1970; Общая химическая технология. Фурмер И. Э., Зайцев В. Н. - М., Высшая школа, 1978