Гидроксид натрия (пищевая добавка Е524, едкий натр, гидроокись натрия, каустическая сода) – твердая сплавленная масса желтоватого или белого цвета. По своим химическим свойствам гидроксид натрия относится к сильной щелочи.

Общие свойства гидроксида натрия

Едкий натр обычно выпускается в виде прозрачного бесцветного раствора или в виде пасты.

Каустическая сода отлично растворяется в воде, выделяя тепло. При взаимодействии с воздухом это вещество расплывается, поэтому в продажу оно поступает в герметически закрытой таре. В природных условиях гидроокись натрия входит в состав минерала брусита. Температура кипения гидроокиси натрия составляет 1390 °C, температура плавления – 322 °C.

Получение гидроксида натрия

В 1787 году врач Никола Леблан разработал удобный метол получения гидроксида натрия из хлористого натрия. Позднее метод Леблана был вытеснен электролитическим способом получения едкого натра. В 1882 году был разработан ферритный способ получения гидроксида натрия, основанный на использовании кальцинированной соды.

В настоящее время гидроксид натрия чаще всего получают путем электролиза солевых растворов. Ферритный способ получения каустической соды сейчас используется достаточно редко.

Применение гидроксида натрия

Гидроокись натрия – невероятно популярное и широко используемое химическое соединение. Ежегодно производится около семидесяти миллионов тонн едкого натра.

Каустическая сода используется в фармацевтической, химической, пищевой промышленности, а также в косметической и текстильной. Едкий натр применяют при изготовлении синтетического фенола, глицерина, органических красителей, лекарственных препаратов. Данное соединение может нейтрализовать содержащиеся в воздухе вредные для организма человека компоненты. Поэтому растворы гидроксида натрия нередко используют для дезинфекции помещений.

В пищевой промышленности гидроокись натрия используется как регулятор кислотности, препятствующий комкованию и слеживанию. Пищевая добавка Е524 поддерживает необходимую консистенцию продуктов при производстве маргарина, шоколада, мороженого, сливочного масла, карамели, желе, джема.

Хлебобулочные изделия перед выпечкой обрабатывают раствором каустической соды для получения темно-коричневой хрустящей корочки. Кроме того, пищевую добавку Е524 применяют для рафинирования растительного масла.

Вред гидроксида натрия

Едкий натр – токсичное вещество, разрушающее слизистую оболочку и кожные покровы. Ожоги от гидроксида натрия очень медленно заживают, оставляя рубцы. Попадание вещества в глаза чаще всего приводит к потере зрения. При попадании щелочи на кожные покровы следует промыть пораженные области струей воды. При попадании внутрь организма едкий натр вызывает ожоги гортани, полости рта, желудка и пищевода.

Все работы с гидроокисью натрия надо проводить в защитных очках и в спецодежде.

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