WODOROTLENEK SODU (NAOH): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, SYNTEZA - CHEMIA - 2026

Wodorotlenek sodu jest nieorganicznym związkiem, którego wzór chemiczny jest NaOH i składa się z podstawy lub metalu alkalicznego silne. 5% roztwór w wodzie ma pH bliskie 14.

Jest to bardzo higroskopijne białe ciało stałe, które może również pochłaniać dwutlenek węgla z powietrza, tworząc węglan sodu. Jest dostępny w handlu w plastikowych butelkach jako pigułki, których nie można wystawiać zbyt długo na powietrze ani nie należy obchodzić się z nimi za pomocą szpatułek.

Tabletki wodorotlenku sodu w szkiełku zegarkowym. Źródło: nie podano autora do odczytu maszynowego. Założono Walkermę (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich).

Wodorotlenek sodu można syntetyzować w reakcji wodorotlenku wapnia z węglanem sodu. Obecnie jednak jest zasadniczo syntetyzowany przez elektrolizę solanki i jest produktem ubocznym produkcji chloru gazowego.

Ze względu na wysoką zasadowość NaOH ma wiele zastosowań i zastosowań, takich jak produkcja papieru, mydeł, detergentów, barwników itp. Jest również stosowany w czyszczeniu gospodarstw domowych, uzdatnianiu wody, obróbce aluminium, produkcji leków itp.; a przede wszystkim jest to wzór drugorzędny par excellence.

Wodorotlenek sodu jest silnie żrący, może powodować podrażnienia i oparzenia skóry i oczu. Wdychając jego pył, może powodować obrzęk płuc. Tymczasem jego spożycie może spowodować tak poważne uszkodzenie przewodu pokarmowego, że może doprowadzić do śmierci.

Struktura

Bezwodny

Jony NaOH. Źródło: Gabriel Bolívar.

Górny obraz przedstawia jony tworzące NaOH. Kation Na ⁺ jest reprezentowany przez fioletową kulę, a anion hydroksylowy (wodorotlenek lub hydroksyl) OH ^- przez czerwono-białą kulę. Jony Na ⁺ i OH ^- oddziałują ze sobą poprzez elektrostatyczne przyciąganie ich przeciwnych ładunków.

Struktura wodorotlenku sodu

Takie interakcje są bezkierunkowe, więc przyciąganie jednej pary jonów Na ⁺ OH ^- może wpływać na inne w pewnej odległości. W rezultacie jony Na ⁺ odpychają się wzajemnie, podobnie jak jony OH ^- , dopóki nie utworzą kryształu o minimalnej energii, w którym ustalą uporządkowaną i okresową (krystaliczną) strukturę.

Dlatego pojawiają się rombowe kryształy bezwodnego NaOH (bez wody):

Przedstawienie struktury krystalicznej bezwodnego wodorotlenku sodu. Źródło: Quibik za pośrednictwem Wikipedii.

Jony pozostają wystarczająco spójne, aby bezwodny kryształ NaOH topił się w temperaturze 323 ° C (o ile w środowisku nie występuje wilgoć).

Nawilża

Zarówno Na ^{+, jak} i OH ^- to jony, które są łatwo solwatowane (hydratowane) przez cząsteczki wody. To sprzyja jego nawodnieniu ponad i ponad siatkową energię kryształów, dlatego NaOH uwalnia dużo energii, gdy wchodzi w kontakt z wodą.

Jednak bezwodne kryształy mogą zawierać nierozpuszczone cząsteczki wody; to znaczy wodorotlenek sodu może tworzyć liczne hydraty, NaOH · nH ₂ O. Cząsteczka wody może tworzyć wiązanie wodorowe z OH ^- (HOH-OH ^- ) lub koordynować się z Na ⁺ (Na ⁺ - OH ₂ ).

W zależności od stosunku molowego między NaOH i H ₂ O, mogą powstać monohydraty (NaOH · H ₂ O), dihydraty (NaOH · 2H ₂ O), trihemidraty (NaOH · 3,5H ₂ O), tetrahydraty (NaOH · 4H ₂ O) , heptahydraty (NaOH · 7H ₂ O) i inne.

Każdy z tych hydratów może krystalizować z wodnego roztworu NaOH o różnych procentach masowych i w różnych temperaturach. W konsekwencji NaOH wykazuje skomplikowany diagram rozpuszczalności w wodzie.

Ogólnie rzecz biorąc, kryształy hydratów są mniej gęste i mają niższe temperatury topnienia. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki wody „utrudniają” interakcje między Na ⁺ i OH ^- , dodając siły dipolowo-dipolowe, poświęcając przyciąganie jonowe.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Nazwy

Preferowana nazwa IUPAC: wodorotlenek sodu. Inne nazwy: Soda kaustyczna, Ascarite (rzadziej)

Masa cząsteczkowa

39,9971 g / mol

Wygląd

Białe, surowicze lub nieprzezroczyste ciało stałe lub kryształy.

Temperatura topnienia

323 ºC

Temperatura wrzenia

1388 ° C

Rozpuszczalność w wodzie

1000 g / L w temperaturze 25 ° C To pokazuje, jak bardzo może rozpuścić się w wodzie.

Ich wodne roztwory są lepkie, mają lepkość około osiemdziesięciu razy większą niż woda i na początku wydzielają dużo ciepła. Jeśli masz z nimi kontakt, powodują, że skóra staje się śliska z powodu zmydlenia kwasów tłuszczowych w skórze.

Podstawowość (pKb)

- 0,56

pH

5% w / w roztwór w wodzie ma pH bliskie 14

Współczynnik załamania (nD)

Przy długości fali 580,4 nm: 1433 przy 320 ° C i 1421 przy 420 ° C.

Stabilność

Pojemniki zawierające go muszą być hermetycznie zamknięte, aby zapobiec tworzeniu się węglanu sodu. Wynika to z jego wysokiej higroskopijności, która prowadzi do pochłaniania wilgoci z otoczenia i zawartości CO ₂ .

Rozkład

Po podgrzaniu w celu rozkładu wydziela dym tlenku sodu.

Punkt samozapłonu

Niepalny

Lepkość

4,0 cPuazy przy 350 ° C

Ciepło parowania

175 kJ / mol w temperaturze 1388 ° C

Napięcie powierzchniowe

74,35 dyn / cm w roztworze 2,72% wag./wag. W wodzie o temperaturze 18 ° C.

Reaktywność

Z kwasami

Reaguje z organicznymi i nieorganicznymi kwasami mineralnymi, tworząc wodę i odpowiednią sól. W przypadku kwasu siarkowego reakcja jest egzotermiczna.

2 NaOH + H ₂ SO ₄ => Na ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

Z tlenkami kwasowymi

Reaguje na przykład z dwutlenkiem siarki, dając siarczynową sól i wodę:

2 NaOH + SO ₂ => Na ₂ SO ₃ + H ₂ O

Z metalami

Jego wodne roztwory reagują z niektórymi metalami, tworząc złożone sole sodowe. Na przykład jego reakcja z cynkiem prowadzi do powstania cynku sodu:

Zn + 2 NaOH + 2 H ₂ O => Na ₂ + H ₂

Synteza

Wodorotlenek sodu jest syntetyzowany głównie dwoma metodami: przy użyciu początkowo stosowanego węglanu sodu oraz elektrolizy chlorku sodu, obecnie w większym zastosowaniu przemysłowym.

Reakcja węglanu sodu i wodorotlenku wapnia

Węglan sodu reaguje z wodorotlenkiem wapnia w procesie znanym jako kaustyzacja:

Ca (OH) ₂ + Na ₂ CO ₃ => CaCO ₃ + NaOH

Węglan wapnia wytrąca się, pozostawiając wodorotlenek sodu w supernatancie, który jest zatężany przez odparowanie.

Węglan sodu pochodzi wcześniej z procesu Solvaya:

2 NaCl + CaCO ₃ => Na ₂ CO ₃ + CaCl ₂

Elektroliza chlorku sodu

W wyniku elektrolizy chlorku sodu obecnego w solance powstaje gazowy wodór, chlorek i wodorotlenek sodu w roztworze wodnym:

2 Nacl + 2 H ₂ O => H ₂ + Cl ₂ + 2 NaOH

Komora elektrolityczna składa się z komory zawierającej anodę (+), wykonanej z tytanu metalicznego oraz miejsca, w którym umieszcza się solankę. Przedział ten jest oddzielony od przedziału katodowego (-) porowatą membraną.

Na anodzie zachodzi następująca reakcja:

2 Cl ^- => Cl ₂ + 2 e ^- (utlenianie)

Tymczasem ta reakcja zachodzi w katodzie:

2 H ₂ O + 2 e ^- => H ₂ + OH ^- (redukcja)

Sód (Na ⁺ ) dyfunduje z przedziału anodowego do przedziału katodowego przez membranę, która je oddziela, tworząc wodorotlenek sodu.

Aplikacje

Środki czyszczące

Wodorotlenek sodu jest używany do produkcji mydeł i detergentów używanych w domu i biznesie. Połączenie wodorotlenku sodu i chloru daje wybielacz chlorowy, używany do prania białej odzieży.

Eliminuje również gromadzenie się tłuszczu w kanalizacji, powodując jego eliminację poprzez przekształcenie go w mydła w procesie zmydlania. Pozwala to na usunięcie zatykających się kanalizacji z domów i innych budynków.

Produkty farmaceutyczne i lecznicze

Wodorotlenek sodu jest używany do wytwarzania popularnych leków przeciwbólowych, takich jak aspiryna. Również leków o działaniu przeciwzakrzepowym, które blokują tworzenie się skrzepów krwi oraz leków zmniejszających hipercholesterolemię.

Procesy energetyczne

Wodorotlenek sodu jest używany do produkcji ogniw paliwowych, które działają jak baterie, wytwarzając energię elektryczną do różnych zastosowań, w tym do transportu. Żywice epoksydowe wytwarzane przy udziale wodorotlenku sodu są stosowane w turbinach wiatrowych.

Uzdatnianie wody

Wodorotlenek sodu służy do neutralizacji kwasowości wody i przyczynia się do usuwania z niej metali ciężkich. Służy również do produkcji podchlorynu sodu, środka dezynfekującego wodę.

Wodorotlenek sodu reaguje z siarczanem glinu, tworząc wodorotlenek glinu: flokulant, który jest stosowany w oczyszczalniach wody w celu zwiększenia sedymentacji cząstek, powodując ich klarowanie.

Produkcja papieru

Wodorotlenek sodu jest stosowany wraz z siarczkiem sodu w obróbce drewna w celu uzyskania celulozy w niemal czystej postaci, która stanowi podstawę papieru. Jest również używany w recyklingu papieru, ponieważ pomagając w oddzielaniu atramentu, umożliwia jego ponowne użycie.

Produkcji przemysłowej

Wodorotlenek sodu jest używany do produkcji sztucznego jedwabiu, spandeksu, materiałów wybuchowych, żywic epoksydowych, szkła i ceramiki. Jest używany w przemyśle tekstylnym do produkcji barwników i do przetwarzania tkanin bawełnianych.

W zakładach przeróbki trzciny cukrowej niskotemperaturowy wodorotlenek sodu jest używany do produkcji etanolu z wytłoków z trzciny cukrowej.

Ryzyka

Wodorotlenek sodu jest związkiem silnie żrącym, więc przy kontakcie ze skórą może powodować oparzenia, pęcherze, a nawet trwałe blizny.

W kontakcie z oczami może powodować poważne oparzenia, obrzęk, ból, niewyraźne widzenie, aw ciężkich przypadkach może spowodować trwałą ślepotę.

Połknięcie wodorotlenku sodu może spowodować oparzenia ust, języka, gardła, przełyku i żołądka. Do typowych objawów należą nudności, wymioty, skurcze żołądka i biegunka.

Chociaż wdychanie wodorotlenku sodu jest rzadkie i może nastąpić tylko z powodu obecności pyłu związku w powietrzu lub z tworzenia się mgły, która go zawiera, powoduje podrażnienie płuc.

W przypadku długotrwałego narażenia może to spowodować obrzęk płuc i ciężką duszność, co jest stanem nagłym.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Wodorotlenek sodu. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Wodorotlenek sodu. Baza danych PubChem. CID = 14798. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Elementy amerykańskie. (2019). Roztwór wodorotlenku sodu. Odzyskany z: americanelements.com
5. Fakty dotyczące bezpieczeństwa chemicznego. (2019). Wodorotlenek sodu. Odzyskany z: chemicalafetyfacts.org
6. NJ Health. (2015). Wodorotlenek sodu. . Odzyskany z: nj.gov
7. Kanadyjskie Centrum Bezpieczeństwa i Higieny Pracy. (2019). Arkusze informacyjne z odpowiedziami dotyczącymi BHP: wodorotlenek sodu. Odzyskany z: ccohs.ca
8. Ausetute. (sf). Produkcja wodorotlenku sodu i chloru metodą elektrolizy. Odzyskany z: ausetute.com.au