Гидроксид натрия: способы получения и химические свойства
Гидроксид натрия (едкий натр) NaOH — белый, гигроскопичный, плавится и кипит без разложения. Хорошо растворяется в воде.
Относительная молекулярная масса Mr = 40; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,130; tпл = 321º C; tкип = 1390º C;
Способы получения
1. Гидроксид натрия получают электролизом раствора хлорида натрия :
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
2. При взаимодействии натрия, оксида натрия, гидрида натрия и пероксида натрия с водой также образуется гидроксид натрия:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Na2O + H2O → 2NaOH
2NaH + 2H2O → 2NaOH + H2
3. Карбонат натрия при взаимодействии с гидроксидом кальция образует гидроксид натрия:
Качественная реакция
Химические свойства
1. Гидроксид натрия реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:
в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:
4. С кислыми солями гидроксид натрия также может взаимодействовать. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли:
5. Гидроксид натрия взаимодействует с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).
При этом кремний окисляется до силиката и водорода:
Фтор окисляет щелочь. При этом выделяется молекулярный кислород:
Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в растворе гидроксида натрия:
Сера взаимодействует с гидроксидом натрия только при нагревании:
В растворе образуются комплексная соль и водород:
2NaOH + 2Al + 6Н2О = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2
Хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и осадка гидроксида меди (II):
2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2↓+ 2NaCl
NH4Cl + NaOH = NH3 + H2O + NaCl
8. Гидроксид натрия разлагается при нагревании до температуры 600°С:
2NaOH → Na2O + H2O
NaOH ↔ Na + + OH —
4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O
Гидроксид натрия, характеристика, свойства и получение, химические реакции
Гидроксид натрия, характеристика, свойства и получение, химические реакции.
Гидроксид натрия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу NaOH.
Краткая характеристика гидроксида натрия:
Гидроксид натрия – неорганическое вещество белого цвета.
Химическая формула гидроксида натрия NaOН.
Обладает высокой гигроскопичностью. На воздухе «расплывается», активно поглощая пары воды из воздуха.
Хорошо растворяется в воде, при этом выделяя большое количество тепловой энергии. Раствор едкого натра мылок на ощупь.
Гидроксид натрия – самая распространённая щёлочь. В год в мире производится и потребляется около 57 миллионов тонн едкого натра.
Гидроксид натрия – едкое, токсическое и коррозионно-активное вещество. Оно относится к веществам второго класса опасности. Поэтому при работе с ним требуется соблюдать осторожность. При попадании на кожу, слизистые оболочки и в глаза образуются серьёзные химические ожоги.
Модификации гидроксида натрия:
До 299 о С гидроксид натрия имеет устойчивую ромбическую модификацию (a = 0,33994 нм, c = 1,1377 нм), выше 299 о С – моноклинную.
Физические свойства гидроксида натрия:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Химическая формула | NaOН |
| Синонимы и названия иностранном языке | sodium hydroxide (англ.) |
натрия гидроокись (рус.)
сода каустическая (рус.)
Получение гидроксида натрия:
Гидроксид натрия получается в результате следующих химических реакций:
Пиролитический метод получения гидроксида натрия является наиболее древним и начинается с получения оксида натрия Na2О путём прокаливания карбоната натрия при температуре 1000 °C либо нагревания до 200 °C гидрокарбоната натрия в целях получения карбоната натрия:
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O (t = 200 o C), после чего проводят первую химическую реакцию.
Полученный оксид натрия охлаждают и очень осторожно (реакция происходит с выделением большого количества тепла) добавляют в воду:
Карбонат кальция отделяется от раствора фильтрацией, затем раствор упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH.
Реакционную смесь спекают.
Реакция протекает медленно.
Fe2O3•nH2O выпадает в осадок, который после отделения его от раствора возвращается в процесс в первую реакцию.
Одновременно получаются также водород и хлор.
Гидроксид натрия, водород 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).
Химические свойства гидроксида натрия. Химические реакции гидроксида натрия:
Гидроксид натрия – химически активное вещество, сильное химическое основание.
Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13,4).
Химические свойства гидроксида натрия аналогичны свойствам гидроксидов других щелочных металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:
1. реакция гидроксида натрия с серой:
В результате реакции образуются сульфид натрия, сульфит натрия и вода. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
2. реакция гидроксида натрия с хлором:
2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O.
В результате реакции образуются хлорид натрия, гипохлорит натрия и вода. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде холодного разбавленного раствора.
Аналогично проходят реакции гидроксида натрия и с другими галогенами.
3. реакция гидроксида натрия с алюминием:
2Al + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3H2 + 2Na2O (t = 450 °C).
4. реакция гидроксида натрия с алюминием и водой:
В результате реакции образуются тетрагидроксоалюминат натрия и водород. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде концентрированного раствора.
5. реакция гидроксида натрия с цинком:
6. реакция гидроксида натрия с цинком и водой:
В результате реакции образуются тетрагидроксоцинкат натрия и водород. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде концентрированного раствора.
7. реакция гидроксида натрия с ортофосфорной кислотой:
8. реакция гидроксида натрия с азотной кислотой:
9. реакция гидроксида натрия с азотной кислотой:
Аналогично проходят реакции гидроксида натрия и с другими кислотами.
10. реакция гидроксида натрия с сероводородом:
11. реакция гидроксида натрия с фтороводородом:
HF + NaOH → NaF + H2O,
В результате реакции образуются в первом случае – фторид натрия и вода, во втором – гидрофторид натрия и вода. При этом гидроксид натрия и фтороводород в первом случае в качестве исходного вещества используются в виде разбавленного раствора, во втором случае фтороводород используется в виде в виде концентрированного раствора.
12. реакция гидроксида натрия с бромоводородом:
HBr + NaOH → NaBr + H2O.
В результате реакции образуются бромид натрия и вода. При этом гидроксид натрия и бромоводород в качестве исходного вещества используются в виде разбавленного раствора.
13. реакция гидроксида натрия с йодоводородом:
HI + NaOH → NaI + H2O.
В результате реакции образуются йодид натрия и вода. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
14. реакция гидроксида натрия с оксидом цинка:
Оксид цинка является амфотерным оксидом. В результате реакции образуются цинкат натрия и вода.
15. реакция гидроксида натрия с оксидом цинка и водой:
ZnO + NaOH + H2O → Na[Zn(OH)3] (t = 100 °C),
Оксид цинка является амфотерным оксидом. В результате реакции образуется в первом случае – тригидроксоцинкат натрия и вода, во втором случае – тетрагидроксоцинкат натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в первом случае в виде 40 % разбавленного раствора, во втором – в виде 60 % разбавленного раствора.
16. реакция гидроксида натрия с оксидом алюминия:
Оксид алюминия является амфотерным оксидом. В результате реакции образуются алюминат натрия и вода.
17. реакция гидроксида натрия с оксидом алюминия и водой:
Оксид алюминия является амфотерным оксидом. В результате реакции образуется в первом случае – гексагидроксоалюминат натрия, во втором случае – тетрагидроксоалюминат натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется во втором случае в виде концентрированного горячего раствора.
18. реакция гидроксида натрия с оксидом железа:
Оксид железа является амфотерным оксидом. В результате реакции образуются феррит натрия и вода. Реакция происходит при сплавлении исходных веществ.
Аналогично проходят реакции гидроксида натрия и с другими амфотерными оксидами.
19. реакция гидроксида натрия с оксидом углерода ( углекислым газом ):
В результате реакции образуется гидрокарбонат натрия.
20. реакция гидроксида натрия с оксидом серы:
В результате реакции образуется гидросульфит натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
21. реакция гидроксида натрия с оксидом кремния:
В результате реакции образуется в первом случае – силикат натрия и вода, во втором случае – ортосиликат натрия и вода. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется во втором случае в виде концентрированного раствора.
22. реакция гидроксида натрия с гидроксидом алюминия:
Гидроксид алюминия является амфотерным основанием. В результате реакции образуются в первом случае – алюминат натрия и вода, во втором случае – тетрагидроксоалюминат натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется во втором случае в виде концентрированного раствора.
23. реакция гидроксида натрия с гидроксидом цинка:
Гидроксид цинка является амфотерным основанием. В результате реакции образуется тетрагидроксоцинкат натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде концентрированного раствора.
24. реакция гидроксида натрия с гидроксидом железа:
Гидроксид железа является амфотерным основанием. В результате реакции образуется гексагидроксоферрат натрия.
Аналогично проходят реакции гидроксида натрия и с другими амфотерными гидроксидами.
25. реакция гидроксида натрия с сульфатом железа:
В результате реакции образуются гидроксид железа и сульфат натрия.
26. реакция гидроксида натрия с хлоридом меди:
В результате реакции образуются гидроксид меди и хлорид натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
27. реакция гидроксида натрия с нитратом свинца:
В результате реакции образуются гидроксид свинца и нитрат натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
28. реакция гидроксида натрия с хлоридом алюминия:
В результате реакции образуются гидроксид алюминия и хлорид натрия. При этом гидроксид натрия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.
Аналогично проходят реакции гидроксида натрия и с другими солями.
Применение и использование гидроксида натрия:
Гидроксид натрия используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:
– для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств;
– 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 получения биодизеля к девяти массовым единицам растительного масла добавляется одна массовая единица спирта (то есть соблюдается соотношение 9:1), а также щелочной катализатор (NaOH). Полученный эфир (главным образом линолевой кислоты) отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Цетановое число – условная количественная характеристика самовоспламеняемости дизельныхтоплив в цилиндре двигателя (аналог октанового числа для бензинов). Если для минерального дизтоплива характерен показатель в 50-52 %, то метиловый эфир уже изначально соответствует 56-58 % цетана. Сырьём для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое и другие, кроме тех, в составе которых высокое содержание пальмитиновой кислоты (пальмовое масло). При его производстве в процессе этерификации также образуется глицерин который используется в пищевой, косметической и бумажной промышленности;
– 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;
– в текстильной промышленности – для мерсеризации хлопка и шерсти. При кратковременной обработке едким натром с последующей промывкой волокно приобретает прочность и шелковистый блеск;
– в приготовлении пищи: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, окрашивания карамели, для размягчения маслин и придания им чёрной окраски, при производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E-524;
Едкий натр
каустическая сода,
едкая щелочь
— 52,2 (20 °C) г/100 мл
Гидроксид натрия лат. Natrii hydroxidum ; другие названия — каустическая сода, каустик, едкий натр, едкая щёлочь. Самая распространенная щёлочь, химическая формула NaOH. В год в мире производится и потребляется более 57 миллионов тонн едкой щёлочи. Гидроксид натрия также используется для мойки пресс-форм автопокрышек, называется Mold Cleaner фирмы «NALCO». Интересна история тривиальных названий как гидроксида натрия, так и других щелочей, название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разьедать кожу, бумагу, стекло и вызывать сильные ожоги. До XVII века, щёлочью (фр. alkali) называли также карбонаты натрия и калия. В 1736 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.
Содержание
Физические свойства
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·3,5Н2О (температура плавления 15,5 °C);
Химические свойства
Гидроксид натрия (едкая щёлочь)— сильное химическое основание (к сильным основаниям относят гидроксиды, молекулы которых полностью диссоциируют в воде), к ним относят гидроксиды щелочных и щёлочно-земельных металлов подгрупп Iа и IIа периодической системы Д. И. Менделеева, KOH (едкий калий), Ba(OH)2 (едкий барит), LiOH, RbOH, CsOH. Щёлочность (основность) определяется валентностью металла, радиусом внешней электронной оболочки и электрохимической активностью: чем больше радиус электронной оболочки (увеличивается с порядковым номером), тем легче металл отдает электроны, и тем выше его электрохимическая активность и тем левее располагается элемент в ряду электрохимической активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.
Гидроксид натрия вступает в реакции:
1.Нейтрализации с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твердых веществ:
так и с растворами:
(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.)
(2) H2S + NaOH = NaHS + H2O (кислая соль, при отношении 1:1)
2. Обмена с солями в растворе:
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.
например, с фосфором — с образованием гипофосфита натрия:
4. С металлами: Гидроксид натрия вступает в реакцию с алюминием, цинком, титаном. Он не реагирует с железом и медью (металлами, которые имеют низкий электрохимический потенциал). Алюминий легко растворяется в едкой щёлочи с образованием хорошо растворимого комплекса — тетрагидроксиалюмината натрия и водорода:
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.
6. С многоатомными спиртами — с образованием алкоголятов:
7. Со стеклом: в результате длительного воздействия горячей гидроокиси натрия поверхность стекла становится матовой (выщелачивание силикатов):
Качественное определение ионов натрия возможно несколькими способами
1. По цвету пламени горелки — ионы натрия придают пламени жёлтую окраску:
2. С использованием специфических реакций на ионы натрия:
| Реагент | Фторид аммония | Нитрит цезия-калия-висмута | Ацетат магния | Ацетат цинка | Пикро- | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Цвет осадка | белый | бледно-жёлтый | жёлто-зеленый | желто-зеленый | белый | белый | бледно-жёлтый |
Способы получения
Промышленные способы получения
В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
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 H2O + 2,8 МДж = 1,00 Cl2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2,
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 [1]. 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:
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.
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.
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 Fe2O3, 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.
