Формула едкого натра, химические свойства и область применения

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.

гидрН
Гидроксид натрия крайне опасен в превышающих норму дозировках

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.

гидрН1
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.

гидрН3
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.

гидрН4
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.

гидрН5
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.

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.

гидрН7
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.

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.

    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.

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).

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.

Виктория Сафронова
Эксперт по вопросам дачи
Оцените автора
Все о вредителях
Добавить комментарий

  1. Михаил

    Сейчас много различных химикатов для чистки труб и эмали, а раньше только раствором едкого натрия и спасались. И помогал он в разы лучше, чем современная химия.

    Ответить