Полная характеристика гидроксида натрия. Гидроксид натрия: свойства, получение и применение

Данный реактив, самая распространенная щелочь, более известен под названиями едкий натр или каустическая сода (от французского слова sodium — натрий и греческого слова kaustikos — едкий). Исходя из названия понятно, что вещество опасное, поэтому обращаться с ним надо бережно. — бесцветная кристаллическая масса. Вещество способно разъедать не только материалы органического происхождения, но и определенные металлы, причем при контакте с цинком, свинцом, алюминием, оловом и их сплавами выделяется водород, взрывоопасный газ. Нельзя допускать контакта каустической соды с аммиаком, это пожароопасно.

Важные особенности гидроксида натрия

Их важно знать, чтобы работа с этим реактивом была безопасной, и чтобы его применение принесло ожидаемые результаты.

• — Как и другие щелочи, этот химикат является сильным основанием, которые, как известно, отлично растворяются в воде, что сопровождается сильным выделением тепла.
• — Гидроокись натрия может буквально растворяться, находясь на воздухе, так как невероятно гигроскопична и вбирает влагу из окружающей среды. Это значит, что хранить ее необходимо в плотно укупоренной таре и в сухом помещении. Иногда ее хранят в виде раствора в воде, этиле или метаноле.
• — Горячий раствор или расплавленный реактив нежелательно помещать в емкости из стекла или фарфора — это может повредить их, поскольку каустик вступает в реакцию с кремнеземом в их составе. Лучше для гидроксида натрия купить емкость из полиэтилена, поливинилхлорида или резины.

Основные сферы применения едкого натра

• — Мыловарение, производство бумаги и картона, косметики, растворителей, биодизельного топлива и минеральных масел.
• — Обработка древесины, нейтрализация ядовитых газов и кислот.
• — В медицине: удаление ороговевшей кожи и папиллом, лечение бородавок.
• — В качестве чистящего и дезинфицирующего средства, в химической промышленности в качестве катализатора.
• — В пищевой промышленности, в частности для придания темного окраса и мягкости оливкам, для получения хрустящей корочки на выпечке, при изготовлении какао.

Техника безопасности в работе с гидроксидом натрия

По ГОСТ 12.1.007-76 каустическая сода относится ко II классу токсичности (высокоопасна). Может вызвать сильный ожог кожи и слизистых, необратимое повреждение зрения при попадании в глаза. Именно поэтому работать с ней нужно в перчатках и защитных очках , использовать специальную одежду с виниловой пропиткой или прорезиненную.

При попадании вещества на слизистую ее как можно скорее нужно промыть большим количеством проточной воды, кожу промыть слабым раствором уксуса.

При большой поверхности ожога, при попадании реактива внутрь или в глаз следует не только приянть эти меры, но и незамедлительно обратиться к врачу.

Вы можете купить щелочь гидроксид натрия в нашем магазине, и мы надеемся, что вы будете соблюдать технику безопасности. Товар продается с доставкой, поэтому вы можете купить щелочь в Москве или другом городе России и вскоре получить его в своем городе.

Каустическая сода – это щёлочь, получаемая электролизом раствора хлорида натрия. Способна разъедать кожу, оставлять химические ожоги. В быту есть другие названия едкого натра: NaOH, гидроксид натрия, каустик, едкая щёлочь.

Гранулы и кристаллы каустической соды

Формула гидроксида натрия – NaOH.

Атомы натрия, кислорода и водорода.

Состав

Состав каустической соды – это белые твёрдые кристаллы. Они похожи на морскую соль и легко растворяются в воде.

Каустическая сода отличается от пищевой: разные свойства, состав и формула. Щелочная среда NaOH – 13 PH, а у NaHCO 3 – всего 8,5. К тому же, пищевая сода безопасна для использования, в отличие от каустика.

Характеристики

Гидроксид натрия имеет следующие характеристики:

• Молярная масса: 39,997 г/моль;
• Температура кристаллизации (плавления): 318°C;
• Температура кипения: 1388°C;
• Плотность: 2,13 г/см³.

Срок годности каустической соды: 1 год, при соблюдении условий хранения.

Растворимость едкого натра в воде: 108,7 г/100 мл.

Класс опасности каустической соды: 2 – высокоопасное вещество. Это опасный груз при перевозке и требует соблюдения норм безопасности: в твёрдом виде перевозят в специальных мешках, в жидком – в цистернах.

Свойства

Химические и физические свойства гидроксида натрия:

• Поглощает пары из воздуха;
• Даёт обильную пену при растворении в воде и выделяет тепло;
• Реагирует с кислотой и солями тяжёлых металлов, алюминием, цинком, титаном. Также взаимодействует с кислотными оксидами, неметаллами, галогенами, эфирами, амидами.

Каустическая сода - самая распространённая щёлочь, объемы производства и потребления которой в год составляют до 57 миллионов.
Чистый гидроксид натрия NаОН представляет собой белую непрозрачную массу, жадно поглощающую из воздуха водяные пары и углекислый газ.
Существуют две модификации безводного едкого натра –α-NаОН с ромбической формой кристаллов и β-NаОН с кристаллами кубической формы. С водой NаОН образует ряд кристаллогидратов: NaOH*H 2 O, где n = 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 и 7.
Температура плавления = 323 гр. С, температура кипения = 1403 гр. С.
Плотность = 2,02 г/см 3 .

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13).
Это очень сильное химическое основание , вступает в реакции, характерные для типичных оснований.

Взаимодействует с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов до твердых веществ - реакции нейтрализации . Вступает в реакции с кислотами, с амфотерными оксидами (в растворе и расплаве), с кислотными оксидами - с образованием солей.

Например:
2NaOH + 2HCl = 2NaCl + H 2 O
ZnO + 2NaOH (расплав) = Na 2 ZnO 2 + H 2 O
ZnO + 2NaOH (раствор) + H 2 O = Na 2 + H 2
2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O (при избытке NaOH)
Взаимодействие с кислотными оксидами используется для очистки промышленных выбросов от кислотных газов (например: CO 2 , SO 2 и H 2 S).

Как сильная щелочь NaOH вытесняет более слабые основания из солей:
2NaOH + CoCl 2 = 2NaCl + Co(OH) 2

Это свойство применяют для осаждения гидроксидов металлов едким натром.
Например, таким образом очищают воду от мелких взвесей (получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе).
6NaOH + Al 2 (SO 4) 3 = 2Al(OH) 3 + 3Na 2 SO 4 .

Также гидроксид натрия вступает в реакции с неметаллами :
3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O
2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O

и металлами (имеющими высокий электрохимический потенциал):
2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 3H 2 + 2Na

Со спиртами образует алкоголяты:
HO-CH 2 -CH 2 ОН + 2NaOH → NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2Н 2 O

Участвует в реакциях гидролиза (взаимодействие с эфирами, амидами и алкилгалогенидами):
ROOR 1 + NaOH = ROONa + R 1 OH (эфир + гидроксид натрия = карбоксилат натрия + спирт)

Это свойство щелочи широко применяется в промышленности, при получении твердого мыла (в случае взаимодействия гидроксида натрия с мылом (омыление ) реакция необратима):
(C 17 H 35 COO) 3 C 3 H 5 + 3NaOH = C 3 H 5 (OH) 3 + 3C 17 H 35 COONa

Продукт очень агрессивен! Он разрушает стекло и фарфор за счет взаимодействия с содержащимся в них диоксидом кремния (выщелачивание силикатов ): 2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O, а также материалы органического происхождения (бумагу, кожу и пр).

Класс опасности
Едкий натр представляет собой едкое вещество. При попадании на кожу вызывает химические ожоги, а при длительном воздействии может вызывать язвы и экземы. Сильно действует на слизистые оболочки. Опасно попадание едкого натра в глаза. Предельно допустимая концентрация аэрозоля едкого натра в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДК) - 0,5 мг/м3.
Каустическая сода пожаро- и взрывобезопасна, относится к вредным веществам 2-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007.

Упаковка, транспортировка, хранение
Технический едкий натр транспортируют железнодорожным, автомобильным, водным транспортом в крытых транспортных средствах в упаковке и наливом в железнодорожных и автомобильных цистернах в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Железнодорожным транспортом продукт перевозят в бочках, барабанах, ящиках повагонно.
Технический едкий натр, предназначенный для медицинской промышленности и производства искусственного волокна, по требованию потребителя транспортируют в железнодорожных цистернах с котлами из нержавеющей стали или гуммированными, принадлежащих потребителю или изготовителю.
Цистерны заполняют едким натром до полной вместимости с учетом объемного расширения продукта при возможном перепаде температур в пути следования.
Перед заливом цистерн с остатком раствора едкого натра должен быть проведен анализ остатка на соответствие требованиям настоящего стандарта. Если анализ остатка соответствует требованиям настоящего стандарта, то цистерну заполняют продуктом; если анализ остатка не соответствует требованиям настоящего стандарта, то остаток удаляют, а цистерну промывают.

Технический едкий натр, упакованный в специализированные контейнеры, транспортируют только автомобильным транспортом.

Продукт, упакованный в бочки, барабаны и ящики, транспортируют в пакетированном виде по ГОСТ 26663, ГОСТ 24957, ГОСТ 21650, ГОСТ 21140, на поддонах по ГОСТ 9557 и ГОСТ 26381.

Раствор технического едкого натра хранят в закрытых емкостях из материала, стойкого к щелочам.
Упакованный продукт хранят в складских неотапливаемых помещениях.

Применение
Едкий натр находит широкое применение в самых разнообразных отраслях промышленности и для бытовых нужд.
- В химической и нефтехимической промышленности (на их долю приходится около 57% суммарного объема российского потребления NaOH)- 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.
- Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волоконных плит.,
- Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств.
- В производстве биодизельного топлива, получаемого из растительных масел и используемого для замены обычного дизельного топлива.
- 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.
- Дегазации и нейтрализации отравляющих веществ, в том числе зарина, в ребризерах (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки выдыхаемого воздуха от углекислого газа.
- В пищевой промышленности: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожицы, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, окрашивания карамели, для размягчения маслин и производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E524.
- В цветной металлургии, энергетике, в текстильной промышленности, для регенерации резины.

ПОЛУЧЕНИЕ

В начале 19 века производство каустической соды (NаОН) было тесно связано с развитием производства кальцинированной соды. Эта взаимосвязь была обусловлена тем, что сырьем для химического способа получения NаОН служила кальцинированная сода, которая в виде содового раствора каустифицировалась известковым молоком. В конце 19 века стали быстро развиваться электрохимические методы получения NаОН электролизом водных растворов NаСl. При электрохимическом способе получения одновременно с NаОН получают хлор, который находит широкое применение в промышленности тяжелого органического синтеза и в других областях промышленности, что объясняет быстрое развитие электрохимического производства NаОН.

На сегодняшний день каустическую соду получают либо путем электролиза раствора хлорида натрия (NaCl) с образованием гидроксида натрия и хлора, либо, реже, с помощью более старого способа, основанного на взаимодействии раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Большое количество производимой в мире кальцинированной соды используется для получения каустической соды.

Взаимодействие раствора кальцинированной соды с гашеной известью. Каустическую соду получают из кальцинированной на установке периодического или непрерывного действия. Процесс обычно проводят при умеренных температурах в реакторах, оборудованных мешалками. Реакция образования каустической соды представляет собой реакцию обмена между карбонатом натрия и гидроксидом кальция:
Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + 2NaOH
Карбонат кальция выпадает в осадок, а раствор гидроксида натрия отводится в коллектор.

Электролизные методы. В промышленном масштабе гидроксид натрия получают электролизом растворов галита (каменная соль NaCl) с одновременным получением водорода и хлора:
2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Когда концентрированный раствор хлорида натрия подвергается электролизу, образуются хлор и гидроксид натрия, но они реагируют друг с другом с образованием гипохлорита натрия – отбеливающего вещества. Этот продукт, в свою очередь, особенно в кислых растворах при повышенных температурах, окисляется в электролизной камере до перхлората натрия. Чтобы избежать этих нежелательных реакций, электролизный хлор должен быть пространственно отделен от гидроксида натрия.

В большинстве промышленных установок, используемых для получения электролизной каустической соды, это осуществляется с помощью диафрагмы (диафрагменный метод ), помещенной вблизи анода, на котором образуется хлор. Существуют установки двух типов: с погруженной или непогруженной диафрагмой. Камера установки с погруженной диафрагмой целиком заполняется электролитом. Соляной раствор втекает в анодное отделение, где из него выделяется хлор, а раствор каустической соды заполняет катодное отделение. В установке с непогруженной диафрагмой раствор каустической соды отводится из катодного отделения по мере образования, так что камера оказывается пустой. В некоторых установках с непогруженной диафрагмой в пустое катодное отделение напускается водяной пар, чтобы облегчить удаление каустической соды и поднять температуру.

В диафрагменных установках получается раствор, содержащий как каустическую соду, так и соль. Большая часть соли выкристаллизовывается, когда концентрация каустической соды в растворе доводится до стандартного значения 50%. Такой «стандартный» электролизный раствор содержит 1% хлорида натрия. Продукт электролиза пригоден для многих применений, например для производства мыла и чистящих препаратов. Однако для производства искусственного волокна и пленки требуется каустическая сода высокой степени очистки, содержащая менее 1% хлорида натрия (соли). «Стандартный» жидкий каустик можно надлежащим образом очистить методами кристаллизации и осаждения.

Мембранный метод - аналогичен диафрагменному, но анодное и катодное пространства разделены катионообменной мембраной. Мембранный электролиз обеспечивает получение наиболее чистого каустика.

Непрерывное разделение хлора и каустика можно также осуществить в установке с ртутным катодом (ртутный электролиз ). Металлический натрий образует с ртутью амальгаму, которая отводится во вторую камеру, где натрий выделяется и реагирует с водой, образуя каустик и водород. Хотя концентрация и чистота соляного раствора для установки с ртутным катодом более важны, чем для установки с диафрагмой, в первой получается каустическая сода, пригодная для производства искусственного волокна. Ее концентрация в растворе составляет 50–70%. Более высокие затраты на установку с ртутным катодом оправдываются получаемой выгодой.

Литература:
ГОСТ 2263-79: Натр едкий технический. Технические условия. - М., ИПК Издательство стандартов, 2001; Популярная библиотека химических элементов. - М., Наука, 1977; Технология неорганических веществ и минеральных удобрений: Курс лекций. - Кафедра химии и экологии НовГУ, 2007; Основы общей химии, т. 3, Б. В. Некрасов. - М., Химия, 1970; Общая химическая технология. Фурмер И. Э., Зайцев В. Н. - М., Высшая школа, 1978

· Меры предосторожности при обращении с гидроксидом натрия · Литература ·

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 множество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнён примесями.

Сегодня эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.

Известковый метод

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

Na 2 СО 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaСО 3

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. После NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он застывает.

Ферритный метод

Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:

1. Na 2 СО 3 + Fe 2 О 3 = 2NaFeО 2 + СО 2
2. 2NaFeО 2 + xH 2 О = 2NaOH + Fe 2 O 3 *xH 2 О

Реакция 1 представляет собой процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100-1200 °С. Помимо этого образуется спек - феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции 2; получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe 2 O 3 *xH 2 О, 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 после получают твёрдый 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.

В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % - электролизом с твёрдым катодом.

Диафрагменный метод

Схема старинного диафрагменного электролизера для получения хлоа и щёлоков : А - анод, В - изоляторы, С - катод, D - пространство заполненное газами (над анодом - хлор, над катодом - водород), М - диафрагма

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 подаётся в анодное пространство и протекает через, обычно, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую, в некоторых случаях, 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.

Противоток - очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH - ионов в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, тогда в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO -), который, после, может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO 3 - . Образование хлорат-иона серьёзно снижает выход по току хлора и является главным побочным процессом в этом методе получения гидроксида натрия. Так же вредит и выделение кислорода, которое кроме того, ведёт к разрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попадания в хлор примесей фосгена.

Анод: 2Cl - 2е → Cl 2 - основной процесс 2H 2 O - 2e - → O 2 +4H + Катод: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH - основной процесс СlО - + Н 2 О + 2е - → Сl - + 2ОН - СlО 3 - + 3Н 2 O + 6е - → Сl - + 6OН -

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 прочие 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 по настоящее время широко используется в промышленности.

Мембранный метод

Мембранный метод производства гидроксида натрия наиболее энергоэффективен, в тоже время 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 обеднённого анолита, содержащего так же примеси гипохлорит- и хлорат-ионов и хлор, а из анодного - щёлока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

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

В тоже время, 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 и кроме этого низкая механическая прочность и термическая стойкость ионообменных мембран в большей части 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 щёлоков самым эффективным способом является электролиз с ртутным катодом. Щёлоки, полученные при электролизе с жидким ртутным катодом, значительно чище полученных диафрагменным способом (для некоторых производств это критично). К примеру, в производстве искусственных волокон можно применять только высокочистый каустик), а по сравнению с мембранным методом организация процесса при получении щёлочи 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 электролизёра, донасыщают свежим галитом, извлекают из него примеси, внесённые с ним, и кроме этого 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):

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.

Однако, полная очистка раствора щелочи от остатков ртути практически не возможна, поэтому этот метод сопряжён с утечками металлической ртути и её паров.

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

Лабораторные методы получения

В лаборатории гидроксид натрия в некоторых случаях получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизёр диафрагменного или мембранного типа.

Введение .

Гидроксид натрия или едкий натр (NaOH), хлор, соляная кислота НС1 и водород получают в промышленности в настоящее время методом электролиза раствора хлорида натрия.

Едкий натр или гидроксид натрия - сильная щелочь, называемая в быту каустической содой, применяется в мыловарении, в производстве глинозема - полупродукта для получения металлического алюминия, в лакокра­сочной, нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве искусственного шелка, в промышленности органического синтеза и других отраслях народного хозяйства.

При работе с хлором, хлористым водородом, соляной кислотой и едким натром необходимо строго соблюдать правила техники без­опасности: вдыхание хлора вызывает резкий кашель и удушье, вос­паление слизистых оболочек дыхательных путей, отек легких, а в дальнейшем образование в легких воспалительных очагов.

Хлористый водород даже при незначительном содержании его в воздухе вызывает раздражение в носу и гортани, покалывание в груди, хрипоту и удушье. При хроническом отравлении малыми его концентрациями особенно страдают зубы, эмаль которых быстро разрушается.

Отравления соляной кислотой весьма сходны с отравлениями хлором.

Химические способы получения гидроксида натрия.

К химическим способам получения гидроксида натрия относятся из­вестковый и ферритный.

Известковый способ получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при темпе­ратуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он описывается реакцией

Na 2 C0 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaC0 3 (1)

растворосадок

По реакции (1) получается 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:

Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)

феррит натрия

Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)

раствор осадок

реакция (2) показывает процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100-1200°С. При этом об­разуется спек - ферритнатрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции (3); получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe 2 O 3 , 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 и др. В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическим способом производства.

Понятие об электролизе и электрохимических процессах.

Элек­трохимическими процессами называют химические процессы, про­текающие в водных растворах или расплавах под действием по­стоянного электрического тока.

Растворы и расплавы солей, растворы кислот и щелочей, назы­ваемые электролитами, относятся к проводникам второго рода, в которых перенос электрического тока осуществляется ионами. (В проводниках первого рода, например металлах, ток переносится электронами.) При прохождении электрического тока через элек­тролит на электродах происходит разряд ионов и выделяются соот­ветствующие вещества. Этот процесс называется электролизом. Аппарат, в котором осуществляется электролиз, называется элек­тролизером или электролитической ванной.

Электролиз используется для получения ряда химических про­дуктов- хлора, водорода, кислорода, щелочей и др. Следует отме­тить, что путем электролиза получают химические продукты высо­кой степени чистоты, в ряде случаев недостижимой при химических методах их производства.

К недостаткам электрохимических процессов следует отнести высокий расход энергии при электролизе, что увеличивает стоимость получаемых продуктов. В связи с этим проведение электрохимиче­ских процессов целесообразно только на базе дешевой электриче­ской энергии.

Сырье для получения гидроксида натрия.

Для производства гидроксида натрия, хлора, водорода используют раствор поваренной соли, который подвергают электролизу Поваренная соль встречается в природе в виде подземных залежей каменной соли, в водах озер и морей и в виде естественных рассо­лов или растворов. Залежи каменной соли находятся в Донбассе, на Урале, в Сибири, Закав­казье и других районах. Богаты солью у нас в стране и некоторые озера.

В летнее время происходит испаре­ние воды с поверхности озер, и пова­ренная соль выпадает в виде кристал­лов. Такая соль называется самосадоч­ной. В морской воде содержится до 35 г/л хлорида натрия. В местах с жарким климатом, где происходит ин­тенсивное испарение воды, образуются концентрированные растворы хлорида натрия, из которых он кристалли­зуется. В недрах земли, в пластах соли протекают подземные воды, которые растворяют NaCl и образуют подзем­ные рассолы, выходящие через буровые скважины на поверхность.

Растворы поваренной соли, независимо от пути их получения содержат примеси солей кальция и магния и до того, как они передаются в цеха электролиза, подвер­гаются очистке от этих солей. Очистка необходима потому, что в процессе электролиза могут образовываться плохо растворимые гидроокиси кальция и магния, которые нарушают нормальный ход электролиза.

Очистка рассолов производится раствором соды и известковым молоком. Помимо химической очистки, растворы осво­бождаются от механических примесей отстаиванием и фильтрацией.

Электролиз растворов поваренной соли производится в ваннах с твердым железным (стальным) катодом и с диафрагмами и в ваннах с жидким ртутным катодом. В любом случае промышленные элект­ролизеры, применяемые для оборудования современных крупных хлорных цехов, должны иметь высокую производительность, про­стую конструкцию, быть компактными, работать надежно и устой­чиво.

Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом .

Дает возможность получать гидроксид натрия, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия можно ожидать выделения хлора:

2CI - - 2е Þ С1 2 (а)

а также кислорода:

20Н - - 2е Þ 1/2О 2 + Н 2 О(б)

H 2 0-2eÞ1/2О 2 + 2H +

Нормальный электродный потенциал разряда ОН - -ионов состав­ляет + 0,41 в, а нормальный электродный потенциал разряда ионов хлора равен + 1,36 в. В нейтральном насыщенном растворе хлористого натрия концентрация гидроксильных ионов около 1 ·10 - 7 г-экв/л. При 25° С равновесный потенциал разряда гидрок­сильных ионов будет

Равновесный потенциал разряда, ионов хлора при концентра­ции NaCI в растворе 4,6 г-экв/л равен

Следовательно, на аноде с малым перенапряжением должен в первую очередь разряжаться кислород.

Однако на графитовых анодах перенапряжение кислорода много выше перенапряжения хлора и поэтому на них будет происходить в основном разряд ионов С1 - с выделением газообразного хлора по реакции (а).

Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации NaCI в растворе вследствие уменьшения при этом величины равно­весного потенциала. Это является одной из причин использования при электролизе концентрированных растворов хлорида натрия, содержащих 310-315 г/л.

На катоде в щелочном растворе происходит разряд молекул воды по уравнению

Н 2 0 + е = Н + ОН - (в)

Атомы водорода после рекомбинации выделяются в виде моле­кулярного водорода

2Н Þ Н 2 (г)

Разряд ионов натрия из водных растворов на твердом катоде невозможен вследствие более высокого потенциала их разряда по сравнению с водородом. Поэтому остающиеся в растворе гидроксид - ионы образуют с ионами натрия раствор щелочи.

Процесс разложения NaCI можно выразить таким образом сле­дующими реакциями:

т. е. на аноде идет образование хлора, а у катода - водорода и гидроксида натрия.

При электролизе, наряду с основными, описанными процессами, могут протекать и побочные, один из которых описывается урав­нением (б). Помимо этого, хлор, выделяющийся на аноде, частично растворяется в электролите и гидролизуется по реакции

В случае диффузии щелочи (ионов ОН -) к аноду или смещения катодных и анодных продуктов хлорноватистая и соляная кислоты нейтрализуются щелочью с образованием гипохлорита и хлорида натрия:

НОС1 + NaOH = NaOCl + Н 2 0

НС1 + NaOH = NaCl + Н 2 0

Ионы ClO - на аноде легко окисляются в ClO 3 - . Следовательно, из-за побочных процессов при электролизе будут образовываться гипохлорит, хлорид и хлорат натрия, что приведет к сниже­нию выхода по току и коэффициента использования энергии. В ще­лочной среде облегчается выделение кислорода на аноде, что также будет ухудшать показатели электролиза.

Чтобы уменьшить протекание побочных реакций, следует соз­дать условия, препятствующие смешению катодных и анодных про­дуктов. К ним относятся разделение катодного и анодного пространств диафрагмой и фильтрация электролита через диафрагму в на­правлении, противоположном движению ОН - ионов к аноду. Такие диафрагмы называются фильтрующими диафрагмами и выполняются из асбеста.