Sol natrijevog hidroksida. Što je kaustična soda: formula, dobivanje natrijevog hidroksida
natrijev hidroksid, natrijev hidroksid- anorganski spoj, hidroksidni sastav NaOH. To su bijeli, neprozirni i vrlo higroskopni kristali. Tvar koja je vrlo topiva u vodi, kada se spoji s vodom, oslobađa se veliki broj toplina.
Pokazuje jaka alkalna svojstva. pH vrijednost 1% vodene otopine je 13.
Natrijev hidroksid je otrovan i može biti korozivan za metale. Tvar se koristi u proizvodnji brojnih proizvoda, posebice površinski aktivnih tvari, papira, kozmetike, lijekova.
Fizička svojstva
Natrijev hidroksid NaOH je bijela krutina. Kaustični natrij koji ostane u zraku uskoro će se raspršiti jer privlači vlagu iz zraka. Tvar je vrlo topljiva u vodi, pri čemu se oslobađa velika količina topline.
Topivost u metanolu je 23,6 g/l (pri 28 °C), u etanolu je 14,7 g/l (28 °C).
Otopina kaustične sode je nepravilna na dodir.
Termodinamika otopina
Entalpija otapanja za beskonačno razrijeđenu vodenu otopinu je -44,45 kJ/mol.
Hidrati kristaliziraju iz vodenih otopina:
- na 12,3-61,8 ° C - NaOH H 2 O monohidrat (rombične singonije, talište 65,1 ° C; gustoća 1,829 g / cm; ΔH 0 odobreno-425,6 kJ/mol)
- u rasponu -28 ... -24 ° C - heptahidrat NaOH 7H 2 O;
- od -24 do -17,7 ° C - NaOH pentahidrat 5H2O;
- od -17,7 do -5,4 ° C - NaOH 4H 2 O tetrahidrat (α-modifikacija);
- od -8,8 do 15,6 °C - NaOH 3,5H2O (talište 15,5 °C).
- od 0 ° C do 12,3 ° C - dihidrat NaOH 2H 2 O;
Priznanica
Povijesno gledano, prva metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida bila je interakcija sode Na 2 CO 3 i gašene vapnene vode CaO:
Reakcija je pospješena miješanjem i visokom temperaturom, pa se provodi u čeličnim reaktorima s mješalicama. Nakon dobivanja produkata, topljivi kalcijev karbonat je odvojen od produkata, a zaostala otopina natrijevog hidroksida je uparena na 180 °C u posudama od lijevanog željeza bez pristupa zraka. Tako je bilo moguće dobiti otopinu koncentracije do 95%.
Godine 1892., neovisno jedan o drugom, američki znanstvenik Hamilton Kastner i Austrijanac Karl Kellner otkrili su metodu dobivanja hidroksida elektrolizom natrijevog klorida koja se široko koristi u prirodi. Tijek reakcija može se opisati ukupnom jednadžbom:
Do danas je ova metoda glavna industrijska metoda za ekstrakciju NaOH, međutim, neki uvjeti sinteze su doživjeli modifikacije. Konkretno, kako bi se spriječile reakcije između proizvoda i početnih materijala, različiti reakcijski koraci se provode u odvojenim reaktorima ili su odvojeni. Prema ovom kriteriju postoje tri glavne metode: živa, dijafragma i membrana.
živin proces
Izvorna metoda sinteze NaOH koristi živinu elektrodu kao katodu. Dolazeći do katode, natrijevi ioni tamo stvaraju tekuće amalgame promjenjivog sastava NaHg n:
Amalgami se odvajaju od reakcijskog sustava i prenose u drugi, gdje se amalgam razgrađuje vodom da nastane natrijev hidroksid:
Ova metoda daje otopinu NaOH koncentracije 50-73% i praktički je bez kontaminanata (klor, natrijev klorid). Živa nastala kao rezultat razgradnje vraća se na elektrodu.
Na anodi (grafit ili dr.) kloridni ioni se oksidiraju uz stvaranje slobodnog klora
Osim toga, odvijaju se i popratne reakcije: oksidacija hidroksidnog iona i elektrokemijsko stvaranje kloratnog iona. Hidrolizom nastalog klora mogu se također formirati male količine hipokloritnih iona.
proces dijafragme
Kod metode dijafragme prostor između katode i anode odijeljen je pregradom, koja ne propušta otopine i plinove, ali ne sprječava prolaz električne struje i migraciju iona. Obično se kao takve pregrade koriste azbestna tkanina, porozni cementi, porculan itd.
Otopina NaCl dovodi se u anodni prostor: kloridni ioni se reduciraju na anodi (grafit ili magnetit), a Na + kationi (i djelomično Cl - anioni) migriraju kroz dijafragmu u katodni prostor. Gdje se kationi kombiniraju s hidroksidnim ionima nastalim redukcijom vode na željeznoj ili bakrenoj katodi:
Kao rezultat, iz katodnog prostora oslobađa se smjesa hidroksida i natrijevog klorida s udjelom NaOH od 10-15% (i oko 18% NaCl). Isparavanjem je moguće povećati koncentraciju hidroksida do 50%, ali sadržaj klorida i dalje ostaje značajan. Kako bi se izolirao klorid iz smjese, ona se tretira tekućim amonijakom kako bi se dobio lako razrijeđeni amonijev klorid (međutim, ova metoda nije uobičajena zbog visoke cijene). Također se koristi metoda koja se sastoji u hlađenju smjese i odvajanju kristala NaOH 3,5H 2 O hidrata, koji se dalje dehidriraju.
membranski proces
Ovu je metodu 1970-ih razvio DuPont i smatra se najnaprednijom metodom koja postoji. U membranskom procesu u reaktor se ugrađuje kationska izmjenjivačka membrana koja je propusna za Na + ione koji se kreću u katodni prostor i inhibira migraciju hidroksidnih iona koji migriraju u suprotnom smjeru - čime se povećava koncentracija sastojaka NaOH u katodni prostor. Koncentracija od 30-35% smatra se ekonomski povoljnom za sintezu, a najnovije membrane omogućuju povećanje ove vrijednosti na 50%.
U ovoj metodi, natrijev klorid teoretski ne nastaje, ali ipak može doći do prodora kloridnih iona kroz membranu.
Dobivanje krutog NaOH
Čvrsti NaOH (kaustična soda) dobiva se isparavanjem njegove otopine do sadržaja vode manjeg od 0,5-1,5%. Najprije se 50% otopina upari u vakuumu do koncentracije od 60%, a koncentracija od 99% se postiže pomoću nosača topline (mješavina NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) na temperaturama iznad 400 ° C: otopina se pumpa u grijanu komoru za isparavanje, gdje se ostatak vode odvaja.
Marke
Natrijev hidroksid dostupan je u dva oblika: kruti i tekući. Čvrsta granulirana kaustična soda je bijela čvrsta masa s veličinom pahuljica od 0,5-2 cm. Rijetka otopina kaustične sode je bezbojna. Komercijalno su važne 50% otopine natrijevog hidroksida.
Tehnička kaustična soda proizvodi se u sljedećim klasama:
- TP - čvrsta živa;
- TD - puna dijafragma (stopljena)
- RR - otopina žive;
- RH - kemijska otopina;
- RD - rješenje dijafragme.
Kemijska svojstva
Natrijev hidroksid aktivno apsorbira vlagu iz zraka, tvoreći hidrate različitih sastava, koji se zagrijavanjem razgrađuju:
U otopinama se spoj dobro razgrađuje:
Pokazujući jaka alkalna svojstva, natrijev hidroksid lako stupa u interakciju s kiselinama, kiselim i amfoternim oksidima i hidroksidima:
NaOH lako stupa u interakciju s halogenima, a kada visoke temperature- također s metalima:
U interakciji sa solima koje su derivati slabih baza, nastaju odgovarajući hidroksidi:
Reagirajući s ugljikovim monoksidom, sintetizira se natrijev format:
Sigurnosni zahtjevi
Kaustična soda je otporna na požar i eksploziju. Korozivno, korozivno. Prema stupnju utjecaja na tijelo spada u tvari 2. razreda opasnosti. I krutina i njezine koncentrirane otopine uzrokuju vrlo ozbiljne opekline. Kontakt s alkalijama u očima može dovesti do ozbiljnih bolesti, pa čak i gubitka vida. U slučaju kontakta s kožom, sluznicom, očima, nastaju teške kemijske opekline. U slučaju dodira s kožom isprati slabom otopinom octene kiseline.
Pri radu koristiti zaštitnu opremu: naočale, gumene rukavice, gumiranu odjeću otpornu na kemikalije.
Primjena
Natrijev hidroksid se koristi u mnogim industrijama iu svakodnevnom životu:
- Kaustik se koristi u industrija celuloze i papira za delignifikacija (sulfatni postupak) celuloze, u proizvodnji papira, kartona, umjetnih vlakana, vlaknatica.
- Za saponifikaciju masti proizvodnja sapuna, šampona i drugih deterdženata. NA novije vrijeme proizvodi na bazi natrijevog hidroksida (s dodatkom kalijevog hidroksida, zagrijani na 50-60 stupnjeva Celzijusa, koriste se u području industrijskog pranja za čišćenje proizvoda od nehrđajućeg čelika od masnoće i drugih uljastih tvari, kao i ostataka mehaničke obrade.
- NA kemijske industrije - za neutralizacija kiselina i kiselinskih oksida, kao reagens ili katalizator u kemijske reakcije, u kemijskoj analizi za titraciju, za jetkanje aluminija i u proizvodnji čistih metala, u prerada nafte- za proizvodnju ulja.
- Za proizvodnju biodizel goriva - koji se dobiva iz biljnih ulja i koristi se kao zamjena za konvencionalno dizelsko gorivo. Za dobivanje biodizela u devet jedinica mase biljnog ulja dodaje se jedna masena jedinica alkohola (odnosno, promatra se omjer 9:1), kao i alkalni katalizator (NaOH). Dobiveni ester (uglavnom linolne kiseline) odlikuje se izvrsnom zapaljivošću, što je osigurano visokim cetanskim brojem. Ako mineralno dizelsko gorivo karakterizira pokazatelj od 50-52%, tada je metil eter 56-58% cetana. Sirovina za proizvodnju biodizela mogu biti različita biljna ulja: repičino, sojino i druga, osim onih koja sadrže visok sadržaj palmitinske kiseline ( palmino ulje). Tijekom njegove proizvodnje procesom esterifikacije nastaje i glicerin koji se koristi u prehrambenoj, kozmetičkoj i industriji papira ili se Solvay metodom prerađuje u epiklorhidrin.
- Kako sredstvo za otapanje začepljenja kanalizacijskih cijevi, u obliku suhih granula ili u sastavu gelova. Natrijev hidroksid rastavlja začepljenje i olakšava njegovo lagano kretanje dalje niz cijev.
- Za civilnu obranu otplinjavanje i neutralizacija otrovne tvari, uključujući sarin, u rebreatheru (izolirani aparat za disanje (IDA) za čišćenje izdahnutog zraka od ugljičnog dioksida.
- Natrijev hidroksid također se koristi za čišćenje kalupa za gume.
- U kuhanju: za pranje i guljenje voća i povrća, u proizvodnji čokolade i kakaovca, napitaka, sladoleda, bojanja karamele, za omekšavanje maslina i davanje crne boje, u proizvodnji pekarskih proizvoda. Registriran kao dodatak hrani E524.
- U kozmetologiji za uklanjanje keratinizirane kože: bradavica, papiloma.
Slični Videi
Povezane slike
Francuski znanstvenik A. L. Duhamel du Monceau prvi je razlikovao ove tvari: natrijev hidroksid počeo se nazivati kaustična soda, natrijev karbonat - soda pepeo (prema biljci Salsola Soda, iz čijeg se pepela ekstrahirao), a kalijev karbonat - potaša. Trenutno se soda obično naziva natrijeve soli ugljične kiseline. na engleskom i francuski riječ natrij znači natrij, kalij - kalij.
Fizička svojstva
Natrijev hidroksid
Termodinamika otopina
Δ H0 otapanje za beskonačno razrijeđenu vodenu otopinu -44,45 kJ / mol.
Iz vodenih otopina pri 12,3 - 61,8 °C kristalizira monohidrat (rombična singonija), talište 65,1 °C; gustoća 1,829 g/cm³; ΔH 0 arr-734,96 kJ / mol), u rasponu od -28 do -24 ° S - heptahidrat, od -24 do -17,7 ° S - pentahidrat, od -17,7 do -5,4 ° S - tetrahidrat ( α modifikacija), od -5,4 do 12,3 °C. Topivost u metanolu 23,6 g/l (t=28°C), u etanolu 14,7 g/l (t=28°C). NaOH 3,5 H20 (talište 15,5 °C);
Kemijska svojstva
(općenito se takva reakcija može prikazati jednostavnom ionskom jednadžbom, reakcija se odvija uz oslobađanje topline (egzotermna reakcija): OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)
- s amfoternim oksidima koji imaju i bazična i kisela svojstva, i sposobnost da reagiraju s alkalijama, kao i s krutinama kada se stope:
ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O
i sa rješenjima:
ZnO + 2NaOH (otopina) + H 2 O → Na 2 (otopina)+H2
(Rezultirajući anion naziva se tetrahidroksocinkatni ion, a sol koja se može izolirati iz otopine je natrijev tetrahidroksocinkat. Natrijev hidroksid također ulazi u slične reakcije s drugim amfoternim oksidima.)
- s kiselim oksidima - s stvaranjem soli; ovo se svojstvo koristi za čišćenje industrijskih emisija kiselih plinova (na primjer: CO 2 , SO 2 i H 2 S):
2Na + + 2OH - + Cu 2+ + SO 4 2- → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4
Natrijev hidroksid se koristi za taloženje metalnih hidroksida. Na primjer, gelasti aluminijev hidroksid dobiva se na ovaj način djelovanjem natrijevog hidroksida na aluminijev sulfat u vodenoj otopini. Posebno se koristi za pročišćavanje vode od finih suspenzija.
Hidroliza estera
- s mastima (saponifikacija), ova reakcija je nepovratna, budući da nastala kiselina s alkalijom tvori sapun i glicerin. Glicerin se naknadno ekstrahira iz sapunske tekućine vakuumskim isparavanjem i dodatnim pročišćavanjem destilacijom dobivenih produkata. Ova metoda izrade sapuna poznata je na Bliskom istoku od 7. stoljeća:
Proces saponifikacije masti
Međudjelovanjem masti s natrijevim hidroksidom nastaju kruti sapuni (od njih se proizvodi sapun u komadima), a s kalijevim hidroksidom kruti ili tekući sapuni, ovisno o sastavu masti.
HO-CH 2 -CH 2 OH + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O
2NaCl + 2H 2 O \u003d H 2 + Cl 2 + 2NaOH,Trenutno se kaustična lužina i klor proizvode pomoću tri elektrokemijske metode. Dvije od njih su elektroliza s čvrstom azbestnom ili polimernom katodom (metoda proizvodnje dijafragme i membrane), treća je elektroliza s tekućom katodom (metoda proizvodnje žive). U brojnim metodama elektrokemijske proizvodnje najjednostavnija i najprikladnija metoda je elektroliza sa živinom katodom, ali ova metoda uzrokuje značajnu štetu. okoliš kao rezultat isparavanja i istjecanja metalne žive. Metoda proizvodnje membrana je najučinkovitija, energetski najmanje intenzivna i ekološki najprihvatljivija, ali i najhirovitija, posebice zahtijeva sirovine veće čistoće.
Kaustične lužine dobivene elektrolizom s tekućom živinom katodom puno su čišće od onih dobivenih metodom dijafragme. Za neke industrije ovo je važno. Dakle, u proizvodnji umjetnih vlakana može se koristiti samo kaustik dobiven elektrolizom s tekućom živinom katodom. U svjetskoj praksi koriste se sve tri metode dobivanja klora i kaustika, s jasnim trendom povećanja udjela membranske elektrolize. U Rusiji se približno 35% ukupne proizvedene kaustične kiseline proizvodi elektrolizom sa živinom katodom, a 65% elektrolizom sa čvrstom katodom (metode dijafragme i membrane).
Učinkovitost proizvodnog procesa izračunava se ne samo prinosom kaustične sode, već i prinosom klora i vodika dobivenih elektrolizom, omjer klora i natrijevog hidroksida na izlazu je 100/110, reakcija se odvija u sljedeći omjeri:
1,8 NaCl + 0,5 H 2 O + 2,8 MJ = 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2,Glavne karakteristike razne metode proizvodnje date su u tablici:
| Indeks po 1 toni NaOH | metoda žive | metoda dijafragme | Membranska metoda |
|---|---|---|---|
| Izlaz klora % | 97 | 96 | 98,5 |
| Električna energija (kWh) | 3 150 | 3 260 | 2 520 |
| Koncentracija NaOH | 50 | 12 | 35 |
| Čistoća klora | 99,2 | 98 | 99,3 |
| Čistoća vodika | 99,9 | 99,9 | 99,9 |
| Maseni udio O 2 u kloru,% | 0,1 | 1-2 | 0,3 |
| Maseni udio Cl - u NaOH, % | 0,003 | 1-1,2 | 0,005 |
Tehnološka shema elektrolize s čvrstom katodom
metoda dijafragme - Šupljina ćelije s čvrstom katodom podijeljena je poroznom pregradom - dijafragmom - na katodni i anodni prostor, gdje se nalaze katoda odnosno anoda ćelije. Stoga se takav elektrolizer često naziva membranski elektrolizer, a način proizvodnje je membranska elektroliza. Mlaz zasićenog anolita kontinuirano ulazi u anodni prostor ćelije dijafragme. Kao rezultat elektrokemijskog procesa, na anodi se zbog razgradnje halita oslobađa klor, a na katodi zbog razgradnje vode vodik. Klor i vodik se odvojeno uklanjaju iz elektrolizatora, bez miješanja:
2Cl - - 2 e\u003d Cl 2 0, H 2 O - 2 e− 1/2 O 2 \u003d H 2.
U ovom slučaju, zona blizu katode je obogaćena natrijevim hidroksidom. Otopina iz katodne zone, nazvana elektrolitička lužina, koja sadrži nerazgrađeni anolit i natrijev hidroksid, kontinuirano se uklanja iz elektrolizatora. Na sljedeća razina elektrolitička lužina se ispari i sadržaj NaOH u njoj se podesi na 42-50% u skladu sa standardom. Halit i natrijev sulfat s porastom koncentracije natrijevog hidroksida talože se. Kaustična otopina se dekantira iz taloga i kao gotov proizvod prenosi u skladište ili u fazu isparavanja kako bi se dobio čvrsti proizvod, nakon čega slijedi taljenje, ljuštenje ili granulacija. Kristalni halit (reverzna sol) vraća se u elektrolizu, pri čemu se iz njega priprema tzv. Iz njega se, kako bi se izbjeglo nakupljanje sulfata u otopinama, sulfat ekstrahira prije pripreme povratne slane vode. Gubitak anolita nadoknađuje se dodatkom svježe slane vode dobivene podzemnim ispiranjem slojeva soli ili otapanjem krutog halita. Prije miješanja s reverznom salamurom, svježa salamura se čisti od mehaničkih suspenzija i značajnog dijela iona kalcija i magnezija. Rezultirajući klor se odvaja od vodene pare, komprimira i koristi ili za proizvodnju proizvoda koji sadrže klor ili za ukapljivanje.
Membranska metoda - slično dijafragmi, ali su anodni i katodni prostori odvojeni kationskom izmjenjivačkom membranom. Membranska elektroliza daje najčišći kaustik.
Tehnološki sustav elektroliza.Glavna tehnološka faza je elektroliza, glavni aparat je elektrolitička kupka, koja se sastoji od elektrolizatora, razlagača i živine pumpe, međusobno povezanih komunikacijama. U elektrolitičkoj kupki, pod djelovanjem živine pumpe, živa cirkulira prolazeći kroz elektrolizator i razlagač. Katoda elektrolizera je mlaz žive. Anode - grafit ili nisko trošenje. Zajedno sa živom kroz elektrolizator kontinuirano teče struja anolita - otopina halita. Kao rezultat elektrokemijske razgradnje halita, na anodi se stvaraju ioni Cl i oslobađa se klor:
2 Cl - - 2 e= Cl 2 0,
koji se uklanja iz elektrolizatora, a na živinoj katodi nastaje slaba otopina natrija u živi, tzv. amalgam:
Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg - = Na + HgAmalgam kontinuirano teče od elektrolizatora do uređaja za razgradnju. Razlagač se također kontinuirano opskrbljuje dobro pročišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog elektrokemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:
Na + Hg + H20 = NaOH + 1/2H2 + HgOvako dobivena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, ne sadrži nečistoće halita, štetne u proizvodnji viskoze. Živa se gotovo potpuno oslobađa natrijevog amalgama i vraća u elektrolitičku ćeliju. Vodik se uklanja radi pročišćavanja. Anolit koji napušta elektrolizer je zasićen svježim halitom, nečistoće koje su unesene s njim, kao i isprane s anoda i konstrukcijskih materijala, uklanjaju se iz njega i vraćaju u elektrolizu. Prije ponovnog zasićenja, klor otopljen u njemu ekstrahira se iz anolita postupkom u dva ili tri stupnja.
Laboratorijske metode za dobivanje
Natrijev hidroksid se proizvodi u laboratoriju kemijskim putem koji imaju više povijesno nego praktično značenje.
metoda vapna Proizvodnja natrijevog hidroksida sastoji se u interakciji otopine sode s vapnenim mlijekom pri temperaturi od oko 80 °C. Ovaj proces se naziva kaustikacija; opisuje se reakcijom:
Na 2 C0 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaC0 3Kao rezultat reakcije nastaju otopina natrijevog hidroksida i talog kalcijevog karbonata. Kalcijev karbonat se odvoji od otopine, koja se upari da se dobije rastaljeni produkt koji sadrži oko 92% NaOH. Rastaljeni NaOH se ulijeva u željezne bačve gdje se skrućuje.
feritni način opisan s dvije reakcije:
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 \u003d 2 NaOH + Fe 2 O 3 (2)(1) - postupak sinteriranja natrijske sode sa željeznim oksidom na temperaturi od 1100-1200°C. U tom slučaju nastaje natrijev mrljasti ferit i oslobađa se ugljični dioksid. Zatim se kolač tretira (izluži) vodom prema reakciji (2); dobiva se otopina natrijevog hidroksida i talog Fe 2 O 3 koji se nakon izdvajanja iz otopine vraća u proces. Otopina sadrži oko 400 g/l NaOH. Ispari se da se dobije produkt koji sadrži oko 92% NaOH.
Kemijske metode za proizvodnju natrijevog hidroksida imaju značajne nedostatke: troši se velika količina goriva, nastala kaustična soda je kontaminirana nečistoćama, a održavanje aparata je naporno. Danas su te metode gotovo potpuno potisnute elektrokemijskom metodom proizvodnje.
Tržište kaustične sode
Svjetska proizvodnja kaustične sode, 2005| Proizvođač | Obim proizvodnje, milijun tona | Udio u svjetskoj proizvodnji |
|---|---|---|
| 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 |
| Rusija | 1.290 | 2.24 |
| Kina | 9.138 | 15.88 |
| ostalo | 27.559 | 47,87 |
| Ukupno: | 57,541 | 100 |
TR - čvrsta živa (u ljuskicama);
TD - čvrsta dijafragma (stopljena);
RR - otopina žive;
RH - kemijska otopina;
RD - rješenje dijafragme.
| Naziv indikatora | TR OKP 21 3211 0400 | TD OKP 21 3212 0200 | RR OKP 21 3211 0100 | RH 1 stupanj OKP 21 3221 0530 | RH 2 stupanj OKP 21 3221 0540 | RD Najviši stupanj OKP 21 3212 0320 | RD Prvi razred OKP 21 3212 0330 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Izgled | Skalirana masa bijela boja. Dopušteno slabo obojenje | Otopljena bijela masa. Dopušteno slabo obojenje | Bezbojna prozirna tekućina | Bezbojna ili obojena tekućina. Dozvoljen je kristalizirani talog | Bezbojna ili obojena tekućina. Dozvoljen je kristalizirani talog | Bezbojna ili obojena tekućina. Dozvoljen je kristalizirani talog | |
| Maseni udio natrijevog hidroksida,%, ne manje od | 98,5 | 94,0 | 42,0 | 45,5 | 43,0 | 46,0 | 44,0 |
| Naziv tvrtke | 2005 tisuća tona | 2006 tisuća tona | udio u 2005% | udio u 2006% |
|---|---|---|---|---|
| JSC "Kaustik", Sterlitamak | 239 | 249 | 20 | 20 |
| JSC "Kaustik", Volgograd | 210 | 216 | 18 | 18 |
| JSC "Sayanskkhimplast" | 129 | 111 | 11 | 9 |
| Usoliekhimprom LLC | 84 | 99 | 7 | 8 |
| OAO Sibur-Neftekhim | 87 | 92 | 7 | 8 |
| OJSC "Khimprom", Cheboksary | 82 | 92 | 7 | 8 |
| VOAO "Khimprom", Volgograd | 87 | 90 | 7 | 7 |
| ZAO Ilimkhimprom | 70 | 84 | 6 | 7 |
| JSC "KChKhK" | 81 | 79 | 7 | 6 |
| NAK "AZOT" | 73 | 61 | 6 | 5 |
| OAO Khimprom, Kemerovo | 42 | 44 | 4 | 4 |
| Ukupno: | 1184 | 1217 | 100 | 100 |
| Naziv tvrtke | 2005 tona | 2006 tona | udio u 2005% | udio u 2006% |
|---|---|---|---|---|
| JSC "Kaustik", Volgograd | 67504 | 63510 | 62 | 60 |
| JSC "Kaustik", Sterlitamak | 34105 | 34761 | 31 | 33 |
| OAO Sibur-Neftekhim | 1279 | 833 | 1 | 1 |
| VOAO "Khimprom", Volgograd | 5768 | 7115 | 5 | 7 |
| Ukupno: | 108565 | 106219 | 100 | 100 |
Primjena
Biodizel
Cod Lutefisk na proslavi Dana norveškog ustava
Fizička svojstva
Natrijev hidroksid NaOH je bijela krutina. Ostavite li komadić kaustične sode u zraku, ubrzo se raširi jer privlači vlagu iz zraka. Kaustična soda je vrlo topljiva u vodi, pri čemu se oslobađa velika količina topline. Otopina kaustične sode sapuna na dodir.
Termodinamika otopina
Δ H0 otapanje za beskonačno razrijeđenu vodenu otopinu −44,45 kJ/mol.
Monohidrat kristalizira iz vodenih otopina pri 12,3-61,8 °C (rombični kristalni sustav), talište 65,1 °C; gustoća 1,829 g/cm³; ΔH 0 arr-425,6 kJ / mol), u rasponu od -28 do -24 ° C - heptahidrat, od -24 do -17,7 ° C - pentahidrat, od -17,7 do -5,4 ° C - tetrahidrat ( α-modifikacija), od - 5,4 do 12,3 °C. Topivost u metanolu 23,6 g/l (t = 28 °C), u etanolu 14,7 g/l (t = 28 °C). NaOH 3,5 H20 (talište 15,5 °C);
Kemijska svojstva
(1) H 2 S + 2NaOH = Na 2 S + 2H 2 O (sa viškom NaOH)
(2) H 2 S + NaOH = NaHS + H 2 O (kisela sol, u omjeru 1:1)
(općenito se takva reakcija može prikazati jednostavnom ionskom jednadžbom, reakcija se odvija uz oslobađanje topline (egzotermna reakcija): OH - + H 3 O + → 2H 2 O.)
- s amfoternim oksidima koji imaju i bazična i kisela svojstva, i sposobnost da reagiraju s alkalijama, kao i s krutinama kada se stope:
ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO 2 + H 2 O
i sa rješenjima:
ZnO + 2NaOH (otopina) + H 2 O → Na 2 (otopina)
(Rezultirajući anion naziva se tetrahidroksocinkatni ion, a sol koja se može izolirati iz otopine je natrijev tetrahidroksocinkat. Natrijev hidroksid također ulazi u slične reakcije s drugim amfoternim oksidima.)
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3
2Na + + 2OH − + Cu 2+ + SO 4 2− → Cu(OH) 2 ↓+ Na 2 SO 4
Natrijev hidroksid se koristi za taloženje metalnih hidroksida. Na primjer, gelasti aluminijev hidroksid dobiva se na ovaj način djelovanjem natrijevog hidroksida na aluminijev sulfat u vodenoj otopini, uz izbjegavanje viška lužine i otapanje taloga. Posebno se koristi za pročišćavanje vode od finih suspenzija.
4P + 3NaOH + 3H 2 O → PH 3 + 3NaH 2 PO 2.
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O
Hidroliza estera
Međudjelovanjem masti s natrijevim hidroksidom nastaju kruti sapuni (od njih se proizvodi sapun u komadima), a s kalijevim hidroksidom kruti ili tekući sapuni, ovisno o sastavu masti.
HO-CH 2 -CH 2 OH + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O
Anoda: 2Cl - - 2e - → Cl 2 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1,5 O 2 + 6H + katoda: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH - - glavni proces ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -Kao anoda u elektrolizerima s dijafragmom mogu se koristiti grafitne ili ugljične elektrode. Do danas su uglavnom zamijenjene titanskim anodama s rutenijevim oksidno-titanovim premazom (ORTA anode) ili drugim anodama male potrošnje.
U sljedećoj fazi, elektrolitička tekućina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na komercijalnu koncentraciju od 42-50 tež.%. u skladu sa standardom.
Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg − = Na + HgAmalgam kontinuirano teče od elektrolizera do uređaja za razgradnju amalgama. Razlagač se također kontinuirano napaja visoko pročišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog kemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:
Na + Hg + H2O = NaOH + 1/2H2 + HgOvako dobivena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, praktički ne sadrži nikakve nečistoće. Živa se gotovo potpuno oslobađa natrija i vraća u elektrolizator. Vodik se uklanja radi pročišćavanja.
Međutim, potpuno pročišćavanje otopine lužine od živinih ostataka praktički je nemoguće, stoga je ova metoda povezana s istjecanjem metalne žive i njezinih para.
Rastući zahtjevi za ekološka sigurnost proizvodnja i visoka cijena metalne žive dovode do postupne zamjene živine metode metodama dobivanja lužina s čvrstom katodom, osobito membranskom metodom.
Laboratorijske metode dobivanja
U laboratoriju se natrijev hidroksid ponekad proizvodi kemijskim putem, ali češće se koristi mala dijafragma ili membranski elektrolizer.
Tržište kaustične sode
Svjetska proizvodnja kaustične sode, 2005| Proizvođač | Obim proizvodnje, milijun tona | Udio u svjetskoj proizvodnji |
|---|---|---|
| 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 |
| Rusija | 1.290 | 2.24 |
| Kina | 9.138 | 15.88 |
| ostalo | 27.559 | 47,87 |
| Ukupno: | 57,541 | 100 |
TR - čvrsta živa (u ljuskicama);
TD - čvrsta dijafragma (stopljena);
RR - otopina žive;
RH - kemijska otopina;
RD - rješenje dijafragme.
| Naziv indikatora | TR OKP 21 3211 0400 | TD OKP 21 3212 0200 | RR OKP 21 3211 0100 | RH 1 stupanj OKP 21 3221 0530 | RH 2 stupanj OKP 21 3221 0540 | RD Najviši stupanj OKP 21 3212 0320 | RD Prvi razred OKP 21 3212 0330 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Izgled | Skalirana masa bijele boje. Dopušteno slabo obojenje | Otopljena bijela masa. Dopušteno slabo obojenje | Bezbojna prozirna tekućina | Bezbojna ili obojena tekućina. Dopušten je kristalizirani talog | Bezbojna ili obojena tekućina. Dopušten je kristalizirani talog | Bezbojna ili obojena tekućina. Dopušten je kristalizirani talog | |
| Maseni udio natrijevog hidroksida,%, ne manje od | 98,5 | 94,0 | 42,0 | 45,5 | 43,0 | 46,0 | 44,0 |
| Naziv tvrtke | 2005 tisuća tona | 2006 tisuća tona | udio u 2005% | udio u 2006% |
|---|---|---|---|---|
| JSC "Kaustik", Sterlitamak | 239 | 249 | 20 | 20 |
| JSC "Kaustik", Volgograd | 210 | 216 | 18 | 18 |
| JSC "Sayanskkhimplast" | 129 | 111 | 11 | 9 |
| Usoliekhimprom LLC | 84 | 99 | 7 | 8 |
| OAO Sibur-Neftekhim | 87 | 92 | 7 | 8 |
| OJSC "Khimprom", Cheboksary | 82 | 92 | 7 | 8 |
| VOAO "Khimprom", Volgograd | 87 | 90 | 7 | 7 |
| ZAO Ilimkhimprom | 70 | 84 | 6 | 7 |
| JSC "KChKhK" | 81 | 79 | 7 | 6 |
| NAK "AZOT" | 73 | 61 | 6 | 5 |
| OAO Khimprom, Kemerovo | 42 | 44 | 4 | 4 |
| Ukupno: | 1184 | 1217 | 100 | 100 |
| Naziv tvrtke | 2005 tona | 2006 tona | udio u 2005% | udio u 2006% |
|---|---|---|---|---|
| JSC "Kaustik", Volgograd | 67504 | 63510 | 62 | 60 |
| JSC "Kaustik", Sterlitamak | 34105 | 34761 | 31 | 33 |
| OAO Sibur-Neftekhim | 1279 | 833 | 1 | 1 |
| VOAO "Khimprom", Volgograd | 5768 | 7115 | 5 | 7 |
| Ukupno: | 108565 | 106219 | 100 | 100 |
Primjena
Biodizel
Dobivanje biodizela
Natrijev hidroksid koristi se u mnogim industrijama i za domaće potrebe:
- Kaustik se koristi u industrija celuloze i papira za delignifikaciju (sulfatni postupak) celuloze, u proizvodnji papira, kartona, umjetnih vlakana, ploča od drvenih vlakana.
- Za saponifikaciju masti proizvodnja sapuna, šampona i drugih deterdženata. U davna vremena pepeo se dodavao u vodu tijekom pranja, a, očito, domaćice su primijetile da ako pepeo sadrži masnoću koja je ušla u ognjište tijekom kuhanja, onda je posuđe dobro oprano. Zanimanje sapundžije (saponarius) prvi put se spominje oko 385. godine. e. Teodor Priscijan. Arapi od 7. stoljeća prave sapun od ulja i sode, danas se sapuni rade na isti način kao i prije 10 stoljeća. Trenutno se proizvodi na bazi natrijevog hidroksida (s dodatkom kalijevog hidroksida, zagrijanog na 50-60 stupnjeva Celzijusa) koriste u području industrijskog pranja za čišćenje proizvoda od nehrđajućeg čelika od masti i drugih uljastih tvari, kao i ostataka strojne obrade.
- NA kemijske industrije- za neutralizaciju kiselina i kiselih oksida, kao reagens ili katalizator u kemijskim reakcijama, u kemijskoj analizi za titraciju, za jetkanje aluminija i u proizvodnji čistih metala, u prerada nafte- za proizvodnju ulja.
- Za proizvodnju biodizelskog goriva- Dobiva se iz biljnih ulja i koristi se kao zamjena za konvencionalno dizel gorivo. Za dobivanje biodizela, jedna masena jedinica alkohola se dodaje u devet masenih jedinica biljnog ulja (odnosno, promatra se omjer 9: 1), kao i alkalni katalizator (NaOH). Dobiveni ester (uglavnom linolne kiseline) ima dobru zapaljivost zbog visokog cetanskog broja. Cetanski broj je uvjetna kvantitativna karakteristika samozapaljenja dizelskih goriva u cilindru motora (analog oktanskog broja za benzin). Ako mineralno dizelsko gorivo karakterizira pokazatelj od 50-52%, tada metil eter već u početku odgovara 56-58% cetana. Sirovina za proizvodnju biodizela mogu biti različita biljna ulja: repičino, sojino i druga, osim onih koja sadrže visok sadržaj palmitinske kiseline (palmino ulje). Tijekom njegove proizvodnje procesom esterifikacije nastaje i glicerin koji se koristi u prehrambenoj, kozmetičkoj i industriji papira ili se Solvayevom metodom prerađuje u epiklorhidrin.
- Kao sredstvo za otapanje začepljenja kanalizacijskih cijevi, u obliku suhih granula ili u sastavu gelova . Natrijev hidroksid rastavlja začepljenje i olakšava njegovo lagano kretanje dalje niz cijev.
- Za civilnu obranu otplinjavanje i neutralizacija otrovne tvari, uključujući sarin, u rebreatherima (izolirani aparati za disanje (IDA) za čišćenje izdahnutog zraka od ugljičnog dioksida.
- Natrijev hidroksid se također koristi u kombinaciji s cinkom za fokus. Bakreni novčić se kuha u otopini natrijevog hidroksida u prisustvu metalnih cinkovih granula, nakon 45 sekundi, boja novčića postaje srebrna. Nakon toga, novčić se izvadi iz otopine i zagrije u plamenu plamenika, gdje gotovo trenutno postaje "zlatan". Razlozi ovih promjena su sljedeći: ioni cinka reagiraju s natrijevim hidroksidom (u nedostatku) i stvaraju Zn (OH) 4 2− - koji se zagrijavanjem razgrađuje na metalni cink i taloži na površini kovanice. A kada se zagriju, cink i bakar stvaraju zlatnu leguru - mjed.
- Natrijev hidroksid također se koristi za čišćenje kalupa za gume.
- Natrijev hidroksid također se koristi za ilegalnu proizvodnju metamfetamini i druge droge.
- U kuhanju: za pranje i guljenje voća i povrća, u proizvodnji čokolade i kakaovca, pića, sladoleda, bojanje karamela, za omekšavanje maslina i davanje crne boje, u proizvodnji pekarskih proizvoda. Registriran kao dodatak prehrani E524.
Neka se jela pripremaju s kaustikom:- lutefisk- skandinavsko riblje jelo - sušeni bakalar namočen je 5-6 dana u kaustičnu lužinu i poprima mekanu teksturu poput želea.
- pereca- Njemački pereci - prije pečenja se tretiraju u otopini kaustične lužine, što pridonosi stvaranju jedinstvene hrskavosti.
- U kozmetologiji za uklanjanje keratinizirane kože: bradavica, papiloma.
Mjere opreza pri rukovanju natrijevim hidroksidom
Natrijev hidroksid je kaustičan i korozivan. Spada u tvari drugog razreda opasnosti. Stoga treba biti oprezan pri radu s njim. Dodir s kožom, sluznicom i očima uzrokuje teške kemijske opekline. Dodir s očima uzrokuje nepovratne promjene u vidnom živcu (atrofiju) i kao posljedicu gubitak vida. U slučaju kontakta sluznice s kaustičnim alkalijama, potrebno je oprati zahvaćeno područje mlazom vode, au slučaju dodira s kožom sa slabom otopinom octene kiseline. Pri radu s kaustičnim natrijem preporučuje se sljedeća zaštitna oprema: naočale protiv prskanja kemikalijama za zaštitu očiju, gumene rukavice ili rukavice s gumiranom površinom za zaštitu ruku, za zaštitu tijela - kemijski otporna odjeća impregnirana vinilom ili gumirana odijela.
MAK natrijevog hidroksida u zraku je 0,5 mg/m³.
Književnost
- Opća kemijska tehnologija. ur. I. P. Muhlenova. Udžbenik za kemijsko-tehnološke specijalnosti sveučilišta. - M.: Viša škola.
- Osnove opće kemije, v. 3, B. V. Nekrasov. - M.: Kemija, 1970.
- Opća kemijska tehnologija. Furmer I. E., Zaitsev V. N. - M .: Viša škola, 1978.
- Naredba Ministarstva zdravstva Ruske Federacije od 28. ožujka 2003. N 126 „O odobrenju Popisa štetnih čimbenika proizvodnje, pod čijim se utjecajem, u preventivne svrhe, preporučuje uporaba mlijeka ili drugih ekvivalentnih prehrambenih proizvoda. "
- Dekret glavnog državnog sanitarnog liječnika Ruske Federacije od 4. travnja 2003. N 32 „O donošenju Sanitarni propisi za organizaciju prijevoza tereta za željeznički promet. SP 2.5.1250-03".
- Savezni zakon br. 116-FZ od 21. srpnja 1997. "O industrijskoj sigurnosti opasnih proizvodnih pogona" (s izmjenama i dopunama 18. prosinca 2006.).
- Naredba Ministarstva prirodnih resursa Ruske Federacije od 2. prosinca 2002. N 786 "O odobrenju Federalnog klasifikacijskog kataloga otpada" (s izmjenama i dopunama 30. srpnja 2003.).
- Dekret Državnog odbora za rad SSSR-a od 25. listopada 1974. N 298 / P-22 "O odobrenju popisa industrija, radionica, zanimanja i radnih mjesta sa štetnim radnim uvjetima, rad u kojima daje pravo na dodatni dopust i kraći radni staž dan" (s izmjenama i dopunama 29. svibnja 1991.).
- Dekret Ministarstva rada Rusije od 22. srpnja 1999. N 26 „O odobrenju standardnih industrijskih standarda za besplatno izdavanje posebne odjeće, posebne obuće i druge osobne zaštitne opreme za radnike u kemijskoj industriji”.
- Dekret glavnog državnog sanitarnog liječnika Ruske Federacije od 30. svibnja 2003. N 116 O stupanju na snagu GN 2.1.6. atmosferski zrak naseljena mjesta” (s izmjenama i dopunama od 3. studenog 2005.).
| Topljivost kiselina, baza i soli u vodi | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Natrij pripada alkalijskim metalima i nalazi se u glavnoj podskupini prve skupine PSE im. DI. Mendeljejev. Na vanjskoj energetskoj razini njegovog atoma, na relativno velikoj udaljenosti od jezgre, postoji jedan elektron, kojeg atomi alkalijskih metala vrlo lako odustaju, pretvarajući se u jednostruko nabijene katione; to objašnjava vrlo visoku kemijsku aktivnost alkalnih metala.
Uobičajena metoda za dobivanje lužine je elektroliza talina njihovih soli (obično klorida).
Natrij, kao alkalni metal, karakterizira mala tvrdoća, mala gustoća i niska tališta.
Natrij, u interakciji s kisikom, uglavnom tvori natrijev peroksid
2 Na + O2 Na2O2
Redukcijom peroksida i superoksida s viškom alkalnog metala može se dobiti oksid:
Na2O2 + 2 Na 2 Na2O
Natrijev oksid reagira s vodom i nastaje hidroksid: Na2O + H2O → 2 NaOH.
Peroksidi se potpuno hidroliziraju vodom uz stvaranje lužina: Na2O2 + 2 HOH → 2 NaOH + H2O2
Kao i svi alkalni metali, natrij je jako redukcijsko sredstvo i snažno djeluje s mnogim nemetalima (s iznimkom dušika, joda, ugljika, plemenitih plinova):
Izuzetno slabo reagira s dušikom u tinjajućem pražnjenju, stvarajući vrlo nestabilnu tvar - natrijev nitrid.
Reagira s razrijeđenim kiselinama poput normalnog metala:
S koncentriranim oksidirajućim kiselinama oslobađaju se produkti redukcije:
Natrijev hidroksid NaOH (kaustična lužina) je jaka kemijska baza. U industriji se natrijev hidroksid proizvodi kemijskim i elektrokemijskim metodama.
Kemijske metode dobivanja:
Vapno, koje se sastoji u interakciji otopine sode s vapnenim mlijekom na temperaturi od oko 80 ° C. Ovaj proces se naziva kaustikacija; prolazi kroz reakciju:
Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 → 2NaOH + CaCO 3
Feritni, koji uključuje dvije faze:
Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 → 2NaFeO 2 + CO 2
2NaFeO 2 + xH 2 O \u003d 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O
Elektrokemijski, natrijev hidroksid se dobiva elektrolizom otopina halita (minerala koji se uglavnom sastoji od kuhinjske soli NaCl) uz istodobnu proizvodnju vodika i klora. Ovaj se proces može prikazati zbirnom formulom:
2NaCl + 2H 2 O ± 2e- → H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Natrijev hidroksid reagira:
1) neutralizacija:
NaOH + HCl → NaCl + H2O
2) izmjena sa solima u otopini:
2NaOH + CuSO 4 → Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4
3) reagira s nemetalima
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O
4) reagira s metalima
2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 3H 2 + 2Na
Natrijev hidroksid se široko koristi u raznim industrijama, na primjer, u proizvodnji celuloze, za saponifikaciju masti u proizvodnji sapuna; kao katalizator kemijskih reakcija, u proizvodnji dizelskog goriva itd.
Natrijev karbonat proizvodi se ili u obliku Na 2 CO 3 (soda pepeo), ili u obliku kristalnog Na 2 CO 3 * 10H 2 O (kristalna soda), ili u obliku NaHCO 3 bikarbonata (soda za piće).
Soda se najčešće proizvodi amonijačno-kloridnom metodom, na temelju reakcije:
NaCl + NH 4 HCO 3 ↔NaHCO 3 + NH4Cl
Mnoge industrije troše natrijeve karbonate: kemijska, sapunska, celulozno-papirna, tekstilna, prehrambena itd.
· Mjere opreza pri rukovanju natrijevim hidroksidom · Literatura ·
Natrijev hidroksid može se industrijski proizvesti kemijskim i elektrokemijskim metodama.
Kemijske metode dobivanja natrijevog hidroksida
Do kemijske metode Proizvodnja natrijevog hidroksida uključuje vapnene i feritne.
Kemijske metode za proizvodnju natrijevog hidroksida imaju značajne nedostatke: troši se mnogo nositelja energije, a dobivena kaustična soda jako je kontaminirana nečistoćama.
Danas su te metode gotovo potpuno potisnute metodama elektrokemijske proizvodnje.
metoda vapna
Vapnena metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida sastoji se u interakciji otopine sode s gašenim vapnom na temperaturi od oko 80 ° C. Ovaj proces se naziva kaustikacija; prolazi kroz reakciju:
Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 \u003d 2NaOH + CaCO 3
Kao rezultat reakcije dobiva se otopina natrijevog hidroksida i talog kalcijevog karbonata. Kalcijev karbonat se odvoji od otopine, koja se upari da se dobije rastaljeni produkt koji sadrži oko 92% mase. NaOH. Nakon što se NaOH otopi i ulije u željezne bačve, gdje se skrutne.
feritna metoda
Feritna metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida sastoji se od dvije faze:
- Na 2 CO 3 + Fe 2 O 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2
- 2NaFeO 2 + xH 2 O \u003d 2NaOH + Fe 2 O 3 * xH 2 O
Reakcija 1 je proces sinteriranja natrijske sode sa željeznim oksidom na temperaturi od 1100-1200 °C. Osim toga, stvaraju se mrlje natrija i oslobađa se ugljični dioksid. Zatim se kolač tretira (luži) vodom prema reakciji 2; dobiva se otopina natrijevog hidroksida i talog Fe 2 O 3 *xH 2 O koji se nakon izdvajanja iz otopine vraća u proces. Dobivena otopina lužine sadrži oko 400 g/l NaOH. Ispari se da se dobije produkt koji sadrži oko 92% mase. NaOH, a zatim dobiti kruti produkt u obliku granula ili ljuskica.
Elektrokemijske metode dobivanja natrijevog hidroksida
Elektrokemijski se dobiva natrijev hidroksid elektroliza otopina halita(mineral koji se uglavnom sastoji od kuhinjske soli NaCl) uz istovremenu proizvodnju vodika i klora. Ovaj se proces može prikazati zbirnom formulom:
2NaCl + 2H 2 O ± 2e - → H 2 + Cl 2 + 2NaOHKaustična lužina i klor proizvode se pomoću tri elektrokemijske metode. Dvije od njih su elektroliza s čvrstom katodom (metoda dijafragme i membrane), treća je elektroliza s katodom od tekuće žive (metoda žive).
U svjetskoj proizvodnoj praksi koriste se sve tri metode dobivanja klora i kaustika, s jasnim trendom povećanja udjela membranske elektrolize.
U Rusiji se otprilike 35% ukupne proizvedene kaustike proizvodi elektrolizom sa živinom katodom, a 65% elektrolizom sa čvrstom katodom.
metoda dijafragme
Shema stare dijafragmske elektrolitičke ćelije za proizvodnju klora i lužine: ALI- anoda, NA- izolatori, IZ- katoda, D- prostor ispunjen plinovima (iznad anode - klor, iznad katode - vodik), M- dijafragma
Najjednostavnija od elektrokemijskih metoda, u smislu organizacije procesa i konstrukcijskih materijala za elektrolizer, je dijafragmska metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida.
Otopina soli u membranskoj elektrolitičkoj ćeliji kontinuirano se dovodi u anodni prostor i teče kroz azbestnu dijafragmu, obično nanesenu na čeličnu katodnu rešetku, kojoj se u nekim slučajevima dodaje mala količina polimernih vlakana.
U mnogim izvedbama elektrolizera, katoda je potpuno uronjena ispod sloja anolita (elektrolit iz anodnog prostora), a vodik koji se oslobađa na katodnoj rešetki uklanja se ispod katode pomoću plinskih cijevi, bez prodiranja kroz dijafragmu u anodni prostor. zbog protustruje.
Protutok je vrlo važna značajka dizajna dijafragme. Zahvaljujući protustrujnom toku usmjerenom od anodnog prostora prema katodnom prostoru kroz poroznu dijafragmu, moguće je odvojeno dobiti lužinu i klor. Protustrujni tok je dizajniran da spriječi difuziju i migraciju OH - iona u anodni prostor. Ako je protustruja nedovoljna, tada se u anodnom prostoru počinje stvarati hipokloritni ion (ClO -) u velikim količinama, koji se nakon toga na anodi može oksidirati u kloratni ion ClO 3 - . Stvaranje kloratnog iona ozbiljno smanjuje trenutnu učinkovitost klora i glavni je sporedni proces u ovoj metodi proizvodnje natrijevog hidroksida. Otpuštanje kisika također je štetno, što, osim toga, dovodi do uništenja anoda i, ako su izrađene od ugljičnih materijala, do prodora nečistoća fosgena u klor.
Anoda: 2Cl - 2e → Cl 2 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + Katoda: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - glavni proces ClO - + H 2 O + 2e - → Cl - + 2OH - ClO 3 - + 3H 2 O + 6e - → Cl - + 6OH -
Kao anoda u elektrolizerima s dijafragmom mogu se koristiti grafitne ili ugljične elektrode. Do danas su uglavnom zamijenjene titanskim anodama s rutenijevim oksidno-titanovim premazom (ORTA anode) ili drugim anodama male potrošnje.
U sljedećoj fazi, elektrolitička tekućina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na komercijalnu koncentraciju od 42-50 tež.%. u skladu sa standardom.
Kuhinjska sol, natrijev sulfat i druge nečistoće, kada njihova koncentracija u otopini poraste iznad granice topljivosti, talože se. Kaustična otopina se dekantira iz taloga i prenosi kao gotov proizvod u skladište ili se nastavlja faza isparavanja da se dobije kruti proizvod, nakon čega slijedi taljenje, ljuštenje ili granulacija.
Revers, odnosno kuhinjska sol iskristalizirana u talog, vraća se natrag u proces i od nje se priprema tzv. reversna salamura. Iz njega se, kako bi se izbjeglo nakupljanje nečistoća u otopinama, nečistoće odvajaju prije pripreme povratne salamure.
Gubitak anolita nadoknađuje se dodatkom svježe salamure dobivene podzemnim ispiranjem slojeva soli, mineralne salamure kao što je bišofit, prethodno pročišćene od nečistoća, ili otapanjem halita. Prije miješanja s reverznom salamurom, svježa salamura se čisti od mehaničkih suspenzija i značajnog dijela iona kalcija i magnezija.
Rezultirajući klor se odvaja od vodene pare, komprimira i koristi ili za proizvodnju proizvoda koji sadrže klor ili za ukapljivanje.
Zbog relativne jednostavnosti i niske cijene, metoda dijafragme za proizvodnju natrijevog hidroksida još uvijek se široko koristi u industriji.
Membranska metoda
Membranska metoda za proizvodnju natrijevog hidroksida je energetski najučinkovitija, ali je u isto vrijeme teško organizirati i raditi.
Sa stajališta elektrokemijskih procesa, membranska metoda je slična dijafragmskoj metodi, ali su anodni i katodni prostor potpuno odvojeni aniono-nepropusnom kationskom izmjenjivačkom membranom. Zahvaljujući ovom svojstvu, postaje moguće dobiti čišće tekućine nego u slučaju metode dijafragme. Stoga u membranskom elektrolizeru, za razliku od dijafragmske ćelije, nema jednog toka, već dva.
Kao i kod metode dijafragme, tok otopine soli ulazi u anodni prostor. A u katodi - deionizirana voda. Iz katodnog prostora teče struja osiromašenog anolita, koji također sadrži nečistoće hipokloritnih i kloratnih iona i klora, a iz anodnog prostora - lužinu i vodik, koji praktički ne sadrže nečistoće i blizu su komercijalne koncentracije, što smanjuje troškove energije za njihovo isparavanje i pročišćavanje.
Alkalije proizvedene membranskom elektrolizom gotovo su jednako dobre kao one proizvedene metodom živine katode i polako zamjenjuju alkalije proizvedene metodom živine.
Istodobno, otopina soli (i svježe i reciklirane) i vode prethodno se čiste od bilo kakvih nečistoća što je više moguće. Takvo temeljito čišćenje određeno je visokom cijenom polimernih membrana za kationsku izmjenu i njihovom osjetljivošću na nečistoće u otopini za punjenje.
Osim toga, ograničeni geometrijski oblik i, osim toga, niska mehanička čvrstoća i toplinska stabilnost membrana za ionsku izmjenu uvelike određuju relativno složen dizajn postrojenja za membransku elektrolizu. Iz istog razloga, membranska postrojenja zahtijevaju najsloženije sustave automatske kontrole i upravljanja.
Shema membranskog elektrolizatora.Živina metoda s tekućom katodom
Među elektrokemijskim metodama dobivanja lužina najviše učinkovit način je elektroliza sa živinom katodom. Alkalije dobivene elektrolizom s tekućom živinom katodom mnogo su čišće od onih dobivenih metodom dijafragme (ovo je kritično za neke industrije). Na primjer, u proizvodnji umjetnih vlakana može se koristiti samo kaustik visoke čistoće), au usporedbi s membranskom metodom, organizacija procesa dobivanja lužine metodom žive mnogo je jednostavnija.
Shema živinog elektrolizatora.Postrojenje za elektrolizu žive sastoji se od elektrolizatora, razgradnje amalgama i živine pumpe, međusobno povezanih živinoprovodnim komunikacijama.
Katoda elektrolizera je tok žive koju pumpa pumpa. Anode - grafitne, karbonske ili slabo habajuće (ORTA, TDMA ili druge). Zajedno sa živom kroz elektrolizer kontinuirano teče mlaz kuhinjske soli za hranjenje.
Na anodi se ioni klora oksidiraju iz elektrolita, a klor se oslobađa:
2Cl - 2e → Cl 2 0 - glavni proces 2H 2 O - 2e - → O 2 + 4H + 6ClO - + 3H 2 O - 6e - → 2ClO 3 - + 4Cl - + 1,5 O 2 + 6H +Klor i anolit se uklanjaju iz elektrolizatora. Anolit koji izlazi iz elektrolizera zasiti se svježim halitom, iz njega se uklone nečistoće unesene s njim, a dodatno se isperu s anoda i konstrukcijskih materijala i vraćaju u elektrolizu. Prije zasićenja, klor otopljen u njemu ekstrahira se iz anolita.
Na katodi se reduciraju natrijevi ioni koji tvore slabu otopinu natrija u živi (natrijev amalgam):
Na + + e \u003d Na 0 nNa + + nHg = Na + HgAmalgam kontinuirano teče od elektrolizera do uređaja za razgradnju amalgama. Razlagač se također kontinuirano napaja visoko pročišćenom vodom. U njemu se natrijev amalgam, kao rezultat spontanog kemijskog procesa, gotovo potpuno razgrađuje vodom uz stvaranje žive, kaustične otopine i vodika:
Na + Hg + H2O = NaOH + 1/2H2 + HgOvako dobivena kaustična otopina, koja je komercijalni proizvod, praktički ne sadrži nikakve nečistoće. Živa se gotovo potpuno oslobađa natrija i vraća u elektrolizator. Vodik se uklanja radi pročišćavanja.
Međutim, potpuno pročišćavanje otopine lužine od živinih ostataka praktički je nemoguće, stoga je ova metoda povezana s istjecanjem metalne žive i njezinih para.
Rastući zahtjevi za ekološku sigurnost proizvodnje i visoka cijena metalne žive dovode do postupne zamjene živine metode metodama proizvodnje lužina s čvrstom katodom, osobito membranskom metodom.
Laboratorijske metode dobivanja
U laboratoriju se natrijev hidroksid ponekad proizvodi kemijskim putem, ali češće se koristi mala dijafragma ili membranski elektrolizer.
