с какими металлами реагирует гидроксид натрия

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; t_пл = 321º C; t_кип = 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

Источник

Гидроксид натрия

На воздухе во влажной среде окисляется образуя гидроксид натрия :

Все оксидные соединения натрия взаимодействуя с водой дают гидроксиды :

А реакция с горячей водой приводит к образованию только кислорода и гидроксида :

При комнатной температуре легко разлагается на кислород и гидроксид натрия :

А если используется катализатор типа оксид марганца получается только кислород и гидроксид натрия :

Реакция с кислотами дают соответствующие соли например с соляной кислотой :

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Реакция с серной кислотой даёт сульфат натрия :

С концентрированной серной кислотой на холоду дает гидросульфат натрия :

С азотной кислотой получается нитрат натрия :

В зависимости от концентрации как гидроксида натрия так и от фосфорной кислоты получаются разные вещества :

С галогенами в зависимости от концентрации и температуры также образуются разные вещества :

NaOH( кон ) + HCN = NaCN + H2O

Реакция при ( 600 ) с щелочными металлами приводит к образованию оксида натрия и свободного водорода :

Реакции гидроксида натрия

4NaOH + 3Ca = ЗСаО + Na2O + 2Na + 2H2 (600° С).

2(NaOH·H2O) + 2Al = 2NaAlO2 + 3H2 (400-500° С),

2NaOH(конц.) + 6Н2О(гор.) + 2Аl = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑

2NaOH(конц.) + 2H2O + Zn = Na2[Zn(OH)4] + H2↑

NaOH(paзб.) + EO2 = NaHEO3 (Е = С, S), Где Е ( C углерод и S сера )

2NaOH(конц.) + EO2 = Na2EO3 + H2O.

4NaOH(конц.) + SiO2 → Na4SiO4 + 2H2O,

2NaOH + SiO2 = Na2SiO3 + H2O (900—1000°С).

4NaOH + 6NO = 4NaNO2 + N2 + 2H2O (300—400°С).

2NaOH(xoл.) + NO + NO2 = 2NaNO2 + H2O,

4NaOH(гop.) + 4NO2 + O2 = 4NaNO3 + 2H2O.

2NaOH + Al2O3 = 2NaAlO2 + H2O (900—1100°С),

NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O (1000°С).

2NaOH(конц., гор.) + 3H2O + Al2O3 = 2Na[Al(OH)4],

NaOH(конц.) + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4].

2NaOH(60%-й) + H2O + ZnO = Na2[Zn(OH)4] (90°С),

2NaOH(конц.) + Zn(OH)2 = Na2[Zn(OH)4] (комн.).

NaOH(конц.) + NH4Cl(конц.) = NaCl + NH3↑ + H2O (кип.).

2NaOH(paзб.) + FeI2 = 2NaI + Fe(OH)2↓ (в атмосфере азота N2),

2NaOH(paзб.) + 2AgNO3 = Ag2O↓ + H2O + 2NaNO3.

3NaOH(paзб.) + AlCl3 = Al(OH)3↓ + 3NaCl,

4NaOH(конц.) + AlCl3 = Na[Al(OH)4] + 3NaCl.

2NaOH(paзб.) + ZnCl2 = Zn(OH)2↓ + 2NaCl,

4NaOH(конц.) + ZnCl2 = Na2[Zn(OH)4] + 2NaCl.

2NaOH(paзб., хол.) + Zn + 2SO2 = Na2S2O4 + Zn(OH)2↓.

2NaOH + 2H2O + ЗН2О2(конц.) = Na2O2·2H2O2·4H2O↓ (0°С),

Na2O2·2H2O2·4H2O = Na2O2 + 2H2O2 + 4H2O (комн., над конц. H2SO4).

Статья на тему гидроксид натрия

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Источник

Гидроксид натрия: формула, уравнения реакций, свойства

Гидроксид натрия, формула которого — NaOH, относится к разряду сильных щелочей, едких и опасных для человека, но несмотря на это, каждый человек встречается с гидроокисью натрия ежедневно. В косметических и фармацевтических средствах, в бытовой химии и даже в пищевых продуктах.

Свойства едкой щелочи

Гидроокись (гидроксид) натрия называют также едким натром, едкой щёлочью (такое название обусловлено способностью вещества разъедать стекло, кожу, бумагу, вызывать сильнейшие химические ожоги) и каустической содой (каустик — от греч. kaustikos жгучий, едкий).

Физические свойства

Гидроксид натрия выпускается в виде гранул белого цвета, скользких на ощупь.

Растворение вещества в воде, происходит с выделением большого количества тепла. Гидроксид натрия является гигроскопичным веществом, т. е. он активно поглощает водяные пары из воздуха. А также каустик способен поглощать углекислый газ, образуя на воздухе NaНCO3.

Молярная масса NaOH равна 39,997 г/моль, плотность вещества 2,02 г/см3, растворимость в воде 108,7 г/100 мл, температуры кипения и плавления для каустической соды равны соответственно 1403 °C и 323 °C.

Молекулы гидроокиси натрия полностью диссоциируют на ионы в водных растворах, а значит едкий натр — сильное основание. Водные растворы гидроокиси натрия обладают сильнейшей щелочной реакцией (pH 1%-раствора = 13).

Химические свойства

NaOH способен вступать в реакции с кислотами (серной H2SO4, угольной H2CO3, соляной HCl и другими), в результате чего образуются соли и вода:

С кислотными оксидами в результате взаимодействия образуются соль и вода:

C основными оксидами реакция не идёт: MgO/ Bao /CaO + NaOH ≠.

C амфотерными оксидами гидроксид натрия также образует соли и воду: ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn (OH)4] (раствор).

C солями гидроокись натрия реагирует при условии, что в результате будет образовано нерастворимое как, например, в реакции с сульфатом меди (CuSO4 + NaOH), газообразное вещество или вода:

C неметаллами:

C металлами гидроокись натрия реагирует с цинком (Zn), алюминием (Al), титаном (Ti). C железом же и медью NaOH не взаимодействует. Примеры:

C жирами щёлочь реагирует с образованием мыла: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH → C3H5 (OH)3 + 3C17H35COONa.

Методы получения вещества

Промышленные методы, с помощью которых можно получить едкий натр, делятся на химические и электрохимические.

Химические методы

Существует три основных химических метода.

Пиролитический метод состоит из двух стадий:

Известковый метод: взаимодействие карбоната натрия (соды) с гашёной известью (гидроксидом кальция) при температуре (80 °C) называют каустификацией. Результатом такой реакции является раствор каустической соды и осадок карбоната кальция.

Уравнение реакции: Na2CО3 + Са (ОН)2 = CaCО3 ↓ + 2NaOH.

Ферритный метод получения может происходить двумя способами:

Серьёзными недостатками таких способов является большой расход энергии и сильная загрязнённость продукта. Такие методы получения NaOH в настоящее время почти не используются в промышленности.

Электрохимические методы

Из минерала галита, состоящего преимущественно из NaCl, с помощью электролиза получают гидроксид натрия. Помимо щёлочи в результате такой реакции, получают ещё и хлор и водород.

Записать процесс можно уравнением: 2NaCl + 2H2O → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH.

В лабораторных условиях щёлочь можно получить, например:

Но в настоящее время химические методы получения редко используются в лаборатории, чаще используют электрохимические методы.

Области применения

Гидроокись натрия применяют в различных областях промышленности, в производстве, а также широко применяется для бытовых нужд:

Химическая опасность

Вещества, относящиеся ко второму (II) классу опасности — высокоопасные вещества — требуют применения защитных средств (химически устойчивая одежда, очки, перчатки), строгого соблюдения правил работы в лаборатории, осторожности и внимательности.

Едкий натр при попадании на кожу вызывает серьёзные химические ожоги, а при попадании в глаза способен вызвать серьёзные поражения зрения, вплоть до повреждения зрительного нерва и, как результат, — слепоты.

Необходимо помнить, что нейтрализовать действие каустика при попадании на слизистые или кожу можно слабыми растворами борной или уксусной кислоты. Глаза следует промывать слабым раствором борной кислоты и водой.

Источник

Основания. Химические свойства и способы получения

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Получение оснований

1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:

основный оксид + вода = основание

Na₂O + H₂O → 2NaOH

При этом оксид меди (II) с водой не реагирует:

CuO + H₂O ≠

2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий) , кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.

металл + вода = щёлочь + водород

2K 0 + 2 H₂ + O → 2 K + OH + H₂ 0

2NaCl + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

щелочь + соль₁ = соль₂↓ + щелочь

Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:

Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2NaCl

Химические свойства нерастворимых оснований

1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.

нерастворимое основание + кислота = соль + вода

нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.

3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид ≠

нерастворимое основание + амфотерный гидроксид ≠

4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).

Химические свойства щелочей

щёлочь_{(избыток)}+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота_{(избыток)} = кислая соль + вода

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода

щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода

щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль

щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль

А в растворе образуется комплексная соль:

Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (к ак правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.

3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:

щёлочь_{(избыток)} + кислотный оксид = средняя соль + вода

щёлочь + кислотный оксид_{(избыток)} = кислая соль

А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:

2NaOH + CO₂ = NaHCO₃

щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид

Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.

Cu 2+ SO₄ 2- + 2Na + OH — = Cu 2+ (OH)₂ — ↓ + Na₂ + SO₄ 2-

Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.

Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:

соль амф.металла_{(избыток)} + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль

соль амф.металла + щёлочь_{(избыток)} = комплексная соль + соль

5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.

кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода

Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO₃ мы разбиваем на уольную кислоту H₂CO₃ и карбонат натрия Na₂CO₃. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.

6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.

! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!

2Al + 2NaOH + 6 H₂ + O = 2Na[ Al +3 (OH)₄] + 3 H₂ 0

7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):

NaOH +О₂ ≠

NaOH +N₂ ≠

NaOH +C ≠

Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).

2NaOH +Cl₂ 0 = NaCl — + NaOCl + + H₂O

6NaOH +Cl₂ 0 = 5NaCl — + NaCl +5 O₃ + 3H₂O

Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.

2NaOH + Si 0 + H₂ + O= Na₂Si +4 O₃ + 2H₂ 0

Фтор окисляет щёлочи:

Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.

Исключение — гидроксид лития:

2LiOH = Li₂O + H₂O

Источник

Гидроксид натрия

Гидроксид натрия (лат. Natrii hydroxidum ; другие названия — каустическая сода, каустик, едкий натр, едкая щёлочь) — самая распространённая щёлочь, химическая формула NaOH. В год в мире производится и потребляется более 57 миллионов тонн едкого натра.

Интересна история тривиальных названий как гидроксида натрия, так и других щелочей, название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу, бумагу, и другие органические вещества, вызывая 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 −425,6 кДж/моль), в интервале от −28 до −24 °C — гептагидрат, от −24 до −17,7 °C — пентагидрат, от −17,7 до −5,4 °C — 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 (едкое кали), 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 электрохимическом ряду активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13). Основными методами определения щелочей в растворах являются реакции на гидроксид-ион (OH − ), (c фенолфталеином — малиновое окрашивание и метиловым оранжевым (метилоранжем) — жёлтое окрашивание). Чем больше гидроксид-ионов находится в растворе, тем сильнее щёлочь и тем интенсивнее окраска индикатора.

Гидроксид натрия вступает в реакции:

1.Нейтрализации с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твёрдых веществ:

(2) H₂S + NaOH = NaHS + H₂O (кислая соль, при отношении 1:1)

(в целом такую реакцию можно представить простым ионным уравнением, реакция протекает с выделением тепла (экзотермическая реакция): OH − + H₃O + → 2H₂O.)

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. 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, при этом избегая избытка щёлочи и растворения осадка. Его и используют, в частности, для очистки воды от мелких взвесей.

2Na + + 2OH − + 2Cl − → 2Na + + 2O 2− + 2H + + 2Cl − → NaClO + NaCl + H₂O

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:

2Al 0 + 2Na + + 8OH − + 6H + → 3H₂↑ + 2Na + [Al 3+ (OH) − ₄] −

с жирами (омыление), такая реакция необратима, так как получающаяся кислота со щёлочью образует мыло и глицерин. Глицерин впоследствии извлекается из подмыльных щёлоков путём вакуум-выпарки и дополнительной дистилляционной очистки полученных продуктов. Этот способ получения мыла был известен на Ближнем Востоке с VII века:

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

Гидроксид натрия
Общие
Традиционные названия	едкий натр, каустик, каустическая сода, едкая щелочь
Химическая формула	NaOH
Физические свойства
Молярная масса	39,997 г/моль
Плотность	1,59 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	323 °C
Температура кипения	1403 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	108,7 г/100 мл
Безопасность
Токсичность	Ацетат уранила-цинка
Цвет осадка	белый	бледно-жёлтый	жёлто-зелёный	желто-зелёный	белый	белый	бледно-жёлтый	зеленовато-жёлтый

Методы получения

Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения гидроксида натрия

К химическим методам получения гидроксида натрия относятся известковый и ферритный.

Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнен примесями.

В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.

Известковый метод

Известковый метод получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при температуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он проходит по реакции:

В результате реакции получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH. Затем NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он застывает.

Ферритный метод

Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:

Реакция 1 представляет собой 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*xH₂О, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Получаемый раствор щелочи содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH, а затем получают твердый продукт в виде гранул или хлопьев.

Электрохимические методы получения гидроксида натрия

Электрохимически гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (минерала, состоящего в основном из поваренной соли NaCl) с одновременным получением водорода и хлора. Этот процесс можно представить суммарной формулой:

Едкая щёлочь 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).

В мировой производственной практике используются все три метода получения хлора и каустика с явной тенденцией к увеличению доли мембранного электролиза.

Показатель на 1 тонну NaOH	Ртутный метод	Диафрагменный метод	Мембранный метод
Выход хлора %	99	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 O2 в хлоре, %	0,1	1—2	0,3
Массовая доля Cl − в NaOH, %	0,003	1—1,2	0,005

В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % — электролизом с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы).

Диафрагменный метод

Наиболее простым, из электрохимических методов, в плане организации процесса и конструкционных материалов для электролизера, является диафрагменный метод получения гидроксида натрия.

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подается в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, иногда, добавляют небольшое количество полимерных волокон.

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.

В качестве анода в диафрагменных электролизерах может использоваться графитовый или угольный электроды. На сегодня их в основном заменили титановые аноды с окисно-рутениево-титановым покрытием (аноды ОРТА) или другие малорасходуемые.

На следующей стадии электролитический щёлок упаривают и доводят содержание в нём NaOH до товарной концентрации 42—50 % масс. в соответствии со стандартом.

Поваренная соль, сульфат натрия и другие примеси при повышении их концентрации в растворе выше их предела растворимости выпадают в осадок. Раствор едкой щёлочи декантируют от осадка и передают в качестве готового продукта на склад или продолжают стадию упаривания для получения твёрдого продукта, с последующим плавлением, чешуированием или грануляцией.

Обратную, то есть кристаллизовавшуюся в осадок поваренную соль возвращают назад в процесс, приготавливая из неё так называемый обратный рассол. От неё, во избежание накапливания примесей в растворах, перед приготовлением обратного рассола отделяют примеси.

Убыль анолита восполняют добавкой свежего рассола, получаемого подземным выщелачиванием соляных пластов, минеральных рассолов типа бишофита, предварительно очищенного от примесей или растворением 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.

Благодаря относительной простоте и дешевизне диафрагменный метод получения гидроксида натрия до сих пор широко используется в промышленности.

Мембранный метод

Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, однако сложен в организации и эксплуатации.

С точки зрения электрохимических процессов мембранный метод подобен диафрагменному, но анодное и катодное пространства полностью разделены непроницаемой для анионов катионообменной мембраной. Благодаря этому свойству становится возможным получение более чистых, чем в случае с диафрагменного метода, щелоков. Поэтому в мембранном электролизере, в отличие от диафрагменного, не один поток, а два.

В анодное пространство поступает, как и в диафрагменном методе, поток раствора соли. А в катодное — деионизированная вода. Из катодного пространства вытекает поток обедненного анолита, содержащего так же примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из анодного — щелока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

Щелочь, получаемая с помощью мембранного электролиза, практически не уступает по качеству получаемой при помощи метода с использованием ртутного катода и постепенно заменяет щелочь, получаемую ртутным методом.

Однако, питающий раствор соли (как свежий так и оборотный) и вода предварительно максимально очищается от любых примесей. Такая тщательная очистка определяется высокой стоимость полимерных катионообменных мембран и их уязвимость к примесям в питающем растворе.

Кроме того, ограниченная геометрическая форма а также низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Ртутный метод с жидким катодом

В ряду электрохимических методов получения щелоков самым эффективным способом является электролиз с ртутным катодом. Щелока, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом (Для некоторых производств это критично. Например, в производстве искусственных волокон можно применять только высокочистый каустик.), а по сравнению с мембранным методом организация процесса при получении щелочи ртутным методом гораздо проще.

Установка для ртутного электролиза состоит из электролизёра, разлагателя амальгамы и ртутного насоса, объединённых между собой ртутепроводящими коммуникациями.

Катодом электролизёра служит поток ртути, прокачиваемой насосом. Аноды — графитовые, угольные или малоизнашивающиеся (ОРТА, ТДМА или другие). Вместе с ртутью через электролизёр непрерывно течёт поток питающего поваренной соли.

На аноде происходит окисление ионов хлора из электролита, и выделяется хлор:

Хлор и анолит отводится из электролизёра. Анолит, выходящий из электролизера, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесённые с ним, а также вымываемые из анодов и конструкционных материалов, и возвращают на электролиз. Перед донасыщением из анолита извлекают растворённый в нём хлор.

На катоде восстанавливаются ионы натрия, которые образуют слабый раствор натрия в ртути (амальгаму натрия):

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

Амальгама непрерывно перетекает из электролизёра в разлагатель амальгамы. В разлагатель также непрерывно подаётся высоко очищенная вода. В нём амальгама натрия в результате самопроизвольного химического процесса почти полностью разлагается водой с образованием ртути, раствора каустика и водорода:

Полученный таким образом раствор каустика, являющийся товарным продуктом, практически не содержит примесей. Ртуть почти полностью освобождается от натрия и возвращается в электролизер. Водород отводится на очистку.

Растущие требования к экологической безопасности производств и дороговизна металлической ртути ведут к постепенному вытеснению ртутного метода методами получения щелочи с твердым катодом, в особенности мембранным методом.

Лабораторные методы получения

В лаборатории гидроксид натрия иногда получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизер диафрагменного или мембранного типа.

Рынок каустической соды

Мировое производство натра едкого, 2005 год

Производитель	Объём 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
Solvay	1.252	2.2
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 — твёрдый ртутный (чешуированный);

ТД — твёрдый 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	Чешуированная масса белого цвета. Допускается слабая окраска	Плавленая масса белого цвета. Допускается слабая окраска	Бесцветная прозрачная жидкость	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный осадок	Бесцветная или окрашенная жидкость. Допускается выкристаллизованный 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

Едкий натр применяется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

Меры предосторожности при обращении с гидроксидом натрия

Источник