Одним из важных химических соединений, синтезируемых огромными партиями ежегодно, является щелочь гидроксид натрия. Такую популярность она заслужила благодаря своим свойствам. Едкий натр, 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 калия, карбонаты калия, 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 ковалентной полярной связью 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.
- 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 (NaFeO2). На втором этапе он подвергается действию воды и разлагается с образованием гидроксида натрия и смеси железа с водой (Fe2O3*H2O). Полученный едкий натр из раствора выпаривают до кристаллов или хлопьев белого цвета. Его чистота составляет примерно 92%.
- Известковый способ. Заключается в реакции взаимодействия между карбонатом натрия и гидроксидом кальция (гашеной известью) с образованием карбоната кальция и каустика. Реакцию проводят при температуре 80оС. Так как образующаяся соль выпадает в осадок, то ее легко отделяют. Оставшийся раствор выпаривают и получают натриевую щелочь.
- 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.
- 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).
- При производстве бумаги для обработки целлюлозы древесины (избавления от древесного вещества лигнина).
- 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.
- Необходим для синтеза биотоплива.
- Применяется в государственных масштабах для дегазации и нейтрализации отравляющих веществ, воздействующих на организмы.
- Производство лекарств и наркотических средств.
- Пищевая отрасль - кондитерские изделия, шоколад, какао, мороженое, окрашивание конфет, маслин, выпечка хлебобулочных изделий.
- В косметологии для удаления инородных образований (родинки, папилломы, бородавки).
- Используется на ликеро-водочных и табачных комбинатах.
- В текстильной промышленности.
- 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 - 65,1оС. Очень быстро поглощает влагу и переходит в гидратированную форму NaOH·3,5Н2О. В этом случае температура плавления еще меньше, всего 15,5оС. 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 кислотами, кислотными 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.
- Хранение вдали от отопительных приборов.
- Герметично закрытые и запаянные упаковки, не способные пропускать влагу.
- 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.
