Wodorotlenek sodu jego właściwości i zastosowanie

Wodorotlenek sodu ( Na OH), znany również jako ług lub soda kaustyczna , jest metaliczną zasadą kaustyczną . Alkaliczna soda kaustyczna jest szeroko stosowana w wielu gałęziach przemysłu, głównie jako silna baza chemiczna w produkcji celulozy i papieru, tekstyliów , wody pitnej i detergentów. Światowa produkcja w 1998 roku wyniosła około 45 milionów ton. Wodorotlenek sodu jest również najczęstszą zasadą stosowaną w laboratoriach chemicznych, będąc w stanie przetestować dużą liczbę kationów (jest to tzw.Jakościowej Analizy Nieorganicznej), a także zapewnienie zasadowych pożywek dla niektórych reakcji, które tego wymagają, takich jak test Biureta.

Właściwości ogólne

Czysty wodorotlenek sodu jest białym ciałem stałym, dostępnym w postaci peletek, płatków, granulek, a także 50% roztworu nasyconego. Jest rozpływający się, a także łatwo wchłania dwutlenek węgla z powietrza, dlatego należy go przechowywać w hermetycznym pojemniku. Jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie z wydzieleniem ciepła. Rozpuszcza się również w etanolu i metanolu, chociaż wykazuje niższą rozpuszczalność w tych rozpuszczalnikach niż wodorotlenek potasu. Jest nierozpuszczalny w eterze i innych niepolarnych rozpuszczalnikach. Roztwór wodorotlenku sodu pozostawia żółtą plamę na tkaninie i papierze.

Właściwości chemiczne

Wodorotlenek sodu jest całkowicie jonowy, zawiera jony sodu i jony wodorotlenkowe. Jon wodorotlenkowy sprawia, że ​​wodorotlenek sodu jest silną zasadą, która reaguje z kwasami, tworząc wodę, a odpowiednie sole, np. z kwasem solnym , tworzą chlorek sodu:

NaOH ( aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H 2 O ( L)

Ogólnie takie reakcje neutralizacji są reprezentowane przez jedno proste równanie jonowe netto:

OH − (wodny) + H + (wodny) → H 2 O

Ten rodzaj reakcji uwalnia ciepło, gdy używany jest mocny kwas. Takie reakcje kwasowo-zasadowe mogą być również wykorzystywane do miareczkowania i rzeczywiście jest to powszechny sposób pomiaru stężenia kwasów. Wiąże się z tym reakcja wodorotlenku sodu z tlenkami kwasowymi. Wspomniano już o reakcji dwutlenku węgla , ale inne tlenki kwasowe, takie jak dwutlenek siarki (SO 2 ), również reagują całkowicie. Takie reakcje są często wykorzystywane do „oczyszczania” szkodliwych gazów kwaśnych (takich jak SO 2 i H 2 S) i zapobiegania ich uwalnianiu do atmosfery.

2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O

Wodorotlenek sodu powoli wchodzi w reakcję ze szkłem tworząc krzemian sodu, przez co złącza szklane i kurki wystawione na działanie NaOH mają tendencję do „zamrażania”. Kolby i reaktory chemiczne pokryte szkłem ulegają uszkodzeniu w wyniku długiej ekspozycji na gorący wodorotlenek sodu, a szkło staje się matowe. Wodorotlenek sodu nie atakuje żelaza ani miedzi , ale wiele innych metali, takich jak aluminium , cynk i tytan, jest szybko atakowanych. W 1986 roku aluminiowa cysterna samochodowa w Wielkiej Brytanii została błędnie użyta do transportu 25% roztworu wodorotlenku sodu, powodując wzrost ciśnienia w zawartości i uszkodzenie cysterny. Z tego samego powodu patelnie aluminiowe nigdy nie powinny być czyszczone ługiem.

2 Al ( s) + 6NaOH (roztwór wodny) → 3 H 2 ( g ) + 2Na 3 AlO 3 (roztwór wodny)

Wiele niemetali reaguje również z wodorotlenkiem sodu, dając sole. Na przykład fosfor tworzy podfosforyn sodu, podczas gdy krzem daje krzemian sodu.

W przeciwieństwie do NaOH, wodorotlenki większości metali są nierozpuszczalne, a zatem wodorotlenek sodu można stosować do wytrącania wodorotlenków metali. Jednym z takich wodorotlenków jest wodorotlenek glinu, stosowany jako żelatynowe kłaczki do odfiltrowywania cząstek stałych w uzdatnianiu wody. Wodorotlenek glinu wytwarzany jest w oczyszczalni z siarczanu glinu w reakcji z NaOH:

6NaOH(aq) + Al 2 (SO 4 ) 3 (aq) → 2 Al(OH) 3 (s) + 3 Na 2 SO 4 (aq)

Wodorotlenek sodu łatwo reaguje z kwasami karboksylowymi, tworząc ich sole, a nawet jest wystarczająco mocną zasadą, aby tworzyć sole z fenolami. NaOH można również stosować do hydrolizy opartej na zasadach estrów (takich jak zmydlanie), amidów i halogenków alkilu. Jednak ograniczona rozpuszczalność NaOH w rozpuszczalnikach organicznych oznacza, że często preferowany jest bardziej rozpuszczalny KOH.

Produkcja

W 1998 roku całkowita światowa produkcja wyniosła około 45 milionów ton. Z tego, zarówno Ameryka Północna, jak i Azja dostarczyły około 14 milionów ton, a Europa wyprodukowała około 10 milionów ton.

Metody produkcji

Wodorotlenek sodu jest wytwarzany (wraz z chlorem i wodorem ) w procesie chloroalkalicznym. Obejmuje to elektrolizę wodnego roztworu chlorku sodu. Wodorotlenek sodu gromadzi się na katodzie, gdzie woda jest redukowana do gazowego wodoru i jonu wodorotlenowego:

2Na + + 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2NaOH

Aby wytworzyć NaOH konieczne jest zapobieganie reakcji NaOH z chlorem . Odbywa się to zazwyczaj na jeden z trzech sposobów, z których proces komórek błonowych jest ekonomicznie najbardziej opłacalny.

Proces z ogniwem rtęciowym – metaliczny sód tworzy się jako amalgamat na katodzie rtęciowej ; ten sód poddaje się następnie reakcji z wodą w celu wytworzenia NaOH. Pojawiły się obawy dotyczące uwalniania rtęci, chociaż współczesne zakłady twierdzą, że są pod tym względem bezpieczne.

Proces elektrolizera membranowego – wykorzystuje katodę stalową, a reakcja NaOH z Cl 2 jest zapobiegana przy użyciu porowatej diafragmy. W procesie elektrolizera przeponowego obszar anodowy jest oddzielony od obszaru katodowego przepuszczalną przesłoną. Solanka jest wprowadzana do przedziału anodowego i przepływa przez membranę do przedziału katodowego. Rozcieńczona solanka kaustyczna opuszcza komórkę. Soda kaustyczna musi być zwykle zatężona do 50%, a sól usunięta. Odbywa się to za pomocą procesu odparowywania z około trzema tonami pary na tonę sody kaustycznej. Sól oddzieloną od solanki kaustycznej można wykorzystać do nasycenia rozcieńczonej solanki. Chlor zawiera tlen i często musi być oczyszczony przez upłynnienie i odparowanie.

Proces w elektrolizerze membranowej – podobny do procesu w elektrolizerze przeponowym, z membraną nafionową do oddzielania reakcji katodowych i anodowych. Przez membranę przechodzą tylko jony sodu i trochę wody. Daje wyższą jakość NaOH. Spośród trzech procesów proces ogniwa membranowego wymaga najmniejszego zużycia energii elektrycznej, a ilość pary potrzebnej do zatężenia ługu sodowego jest stosunkowo niewielka (mniej niż jedna tona na tonę sody kaustycznej).

Starszą metodą produkcji wodorotlenku sodu był proces LeBlanc, w którym wytworzono węglan sodu, a następnie prażenie w celu wytworzenia dwutlenku węgla i tlenku sodu. Ta metoda jest nadal sporadycznie stosowana. Pomogło to w uznaniu wodorotlenku sodu za ważny towar chemiczny.

Zastosowania ogólne

Wodorotlenek sodu jest główną mocną zasadą stosowaną w przemyśle chemicznym. W masie jest najczęściej traktowany jako roztwór wodny , ponieważ roztwory są tańsze i łatwiejsze w obsłudze. Służy do napędzania reakcji chemicznych, a także do neutralizacji materiałów kwaśnych. Może być stosowany również jako środek neutralizujący w rafinacji ropy naftowej

Eksperyment

Wodorotlenek sodu został również użyty w połączeniu z cynkiem do stworzenia słynnego eksperymentu „Złotych Groszy”. Grosza gotuje się w roztworze NaOH wraz z odrobiną granulowanego metalicznego cynku , kolor monety zmieni się w srebrny w około 45 sekund. Następnie grosz jest trzymany w płomieniu palnika przez kilka sekund i staje się złoty. Powodem tego jest to, że granulowany cynk rozpuszcza się w NaOH, tworząc Zn(OH) 4 2- . Ten jon cynkowy zostaje zredukowany do metalicznego cynku na powierzchni miedzianego grosza. Cynk i miedź po podgrzaniu w płomieniu tworzą mosiądz.

Zastosowanie w analizie chemicznej

W chemii analitycznej roztwory wodorotlenku sodu są często używane do pomiaru stężenia kwasów przez miareczkowanie. Ponieważ NaOH nie jest wzorcem pierwszorzędowym, roztwory należy najpierw znormalizować przez miareczkowanie względem wzorca, takiego jak KHP. Biurety wystawione na działanie NaOH należy wypłukać natychmiast po użyciu, aby zapobiec „zamrożeniu” kurka.

Produkcja mydła

Wytwarzanie mydła poprzez zmydlanie jest najbardziej tradycyjnym procesem chemicznym przy użyciu wodorotlenku sodu. W Arabowie rozpoczęła produkcję mydła w ten sposób w 7. wieku, a sam podstawowy proces jest nadal stosowane.

Biodiesel

Do produkcji biodiesla wodorotlenek sodu jest używany jako katalizator transestryfikacji metanolu i triglicerydów. Działa to tylko w przypadku bezwodnego wodorotlenku sodu, ponieważ woda i ług zamieniłyby tłuszcz w mydło, które byłoby skażone metanolem.

Jest używany częściej niż wodorotlenek potasu, ponieważ kosztuje mniej, a do uzyskania tych samych wyników potrzebna jest mniejsza ilość. Inną alternatywą jest krzemian sodu.

Trawienie aluminium

Mocne podstawy atakują aluminium . Może to być przydatne do wytrawiania maski lub do przekształcania polerowanej powierzchni w wykończenie przypominające satynę , ale bez dalszej pasywacji, takiej jak anodowanie lub allodowanie, powierzchnia może ulec korozji podczas normalnego użytkowania lub w trudnych warunkach atmosferycznych.

Przygotowywanie posiłków

Zastosowania spożywcze ługu obejmują mycie lub chemiczne obieranie owoców i warzyw, przetwarzanie czekolady i kakao , produkcję barwników karmelowych, parzenie drobiu , przetwarzanie napojów bezalkoholowych i zagęszczanie lodów. Oliwki są często moczone w ługu, aby je zmiękczyć, podczas gdy precle i niemieckie bułeczki z ługiem są glazurowane roztworem ługu przed pieczeniem, aby były chrupiące.

Konkretne produkty spożywcze przetwarzane z ługiem obejmują:

Scandinavian delikatność znany jako lutefisk (od lutfisk „ług ryby”).

Mahomet to suszone ziarna kukurydzy (kukurydzy) odtworzone przez moczenie w wodzie ługowej. Te znacznie powiększają się i mogą być dalej przetwarzane przez gotowanie w gorącym oleju i solenie w celu uzyskania orzechów kukurydzianych. Nixtamal jest podobny, ale wykorzystuje wodorotlenek wapnia zamiast wodorotlenku sodu.

Hominy jest również znany w niektórych rejonach południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych jako kasza śniadaniowa , suszona i mielona na gruby proszek. Przygotowuje się je przez gotowanie w wodzie z dodatkiem masła i innych składników, które zaspokoją gusta przygotowującego.

Wodorotlenek sodu jest również substancją chemiczną, która powoduje żelowanie białek jaj w produkcji jaj Century.

Niemieckie precle są gotowane we wrzącym roztworze wodorotlenku sodu przed pieczeniem, co przyczynia się do ich wyjątkowej skórki.

Zastosowania domowe

Wodorotlenek sodu stosowany jest w domu jako środek do udrażniania odpływów w postaci suchego kryształu (np. „ Drāno”) lub gęstego płynnego żelu. Zastosowany mechanizm chemiczny polega na przekształceniu tłuszczu w postać mydła, a tym samym utworzeniu postaci rozpuszczalnej w wodzie, która zostanie rozpuszczona przez spłukiwanie; także rozkładające złożonych cząsteczek, takich jak białka z włosów. Takie środki do czyszczenia odpływów (i ich kwaśne wersje) są silnie żrące i należy się z nimi obchodzić ostrożnie.

Trawienie tkanek

Jest to proces, który był kiedyś stosowany w przypadku zwierząt gospodarskich. Proces ten polega na umieszczeniu tuszy w szczelnej komorze, która następnie umieszcza tuszę w mieszaninie ługu i wody, która rozrywa wiązania chemiczne utrzymując ciało w stanie nienaruszonym. To w końcu zamienia ciało w podobny do kawy płyn, a jedynymi stałymi pozostałościami są łuski kości, które można zmiażdżyć opuszkami palców. Warto również zauważyć, że wodorotlenek sodu jest często wykorzystywany w procesie rozkładu śmiertelników wyrzucanych na składowiska przez firmy zajmujące się utylizacją zwierząt.

W tym kontekście wodorotlenek sodu był również używany przez przestępców i seryjnych morderców do usuwania ciał swoich ofiar.

Nielegalne narkotyki

Ponieważ jest to kluczowy składnik w procesie wytwarzania metamfetaminy, nie można obecnie kupić czystego wodorotlenku sodu jako produktu konsumenckiego w Stanach Zjednoczonych. Produkty zawierające czysty wodorotlenek sodu, takie jak Red Devil, nie są już dostępne w sprzedaży. W rezultacie amatorzy mydlani muszą teraz kupować wodorotlenek sodu luzem.

Bezpieczeństwo

Stały wodorotlenek sodu lub roztwory zawierające wysokie stężenia wodorotlenku sodu mogą powodować oparzenia chemiczne, trwałe obrażenia lub blizny oraz ślepotę.

Solwatacja wodorotlenku sodu jest wysoce egzotermiczna, a powstałe ciepło może spowodować oparzenia cieplne lub zapalenie materiałów łatwopalnych.

Połączenie glinu i wodorotlenku sodu powoduje dużą produkcję gazowego wodoru:

2 Al ( s) + 6NaOH(aq) → 3 H 2 ( g ) + 2Na 3 AlO 3 (aq).

Mieszanie tych dwóch w zamkniętym pojemniku jest zatem niebezpieczne.

Aby uzyskać więcej informacji, sugerowane jest zapoznanie się z kartą MSDS.

Drobnostki

To niebezpieczeństwo zostało pokazane w scenie z filmu Fight Club z 1999 roku , gdzie postać Tyler Durden kładzie ją na świeżo pocałowanej dłoni protagonisty, aby stworzyć bliznę w kształcie ust, symbolizującą ich zaangażowanie w plan, który składa się na fabułę filmu. To jedyna scena w filmie, którą widzieli rodzice Brada Pitta – pokazał im ją przed premierą, aby przekonać ich, by nie oglądali filmu.

Lye jest używany jako broń szturmowa w odcinku amerykańskiego dramatu kryminalnego CSI: Nowy Jork, w którym ofiara ma chemikalia wyrzucane na twarz, powodując oparzenie chemiczne i ostateczną śmierć.

Odcinek 20 pogromców mitów przetestował teorię, że łamacze szczęk zmieszane z wodorotlenkiem sodu eksplodują pod wpływem ciepła. Ogrzali stały, suchy wodorotlenek sodu za pomocą łamaczy szczęk w kuchence mikrofalowej, stwierdzając, że mieszanina nie wybuchła przed wybuchem samego wodorotlenku sodu. Nieoficjalny przewodnik pogromców mitów: Odcinek 20 Należy zauważyć, że stały wodorotlenek sodu jest wyjątkowo żrący, dlatego jest mało prawdopodobne, aby można go było znaleźć w żywności.