Натријум-хидроксид

Натријум-хидроксид, такође познат као лужина и каустична сода, је неорганско једињење хемијске формуле -{NaOH}-. То је бело чврсто јонско једињење које се састоји од натријумских катјона Шаблон:Chem и хидроксидних анјона Шаблон:Chem.

Натријум хидроксид је високо каустична база и алкалија која разлаже протеине на собној температури и може да узрокује озбиљне хемијске опекотине. Он је веома растворан у води, и са лакоћом апсорбује влагу и угљен-диоксид из ваздуха. Он формира серију хидрата -{NaOH·n}-Шаблон:Chem. Монохидрат -{NaOH}-·Шаблон:Chem се кристалише из водених раствора између 12,3 и 61,8  °C. Продајно доступни натријум хидроксид је обично заправо монохидрат, и објављени подаци се могу односити на њега, уместо на анхидратно једињење. Као један од најједноставнијих хидроксида, он се обично користи заједно са неутралном водом и киселом хлороводоничном киселином за демонстрирање -{pH}- скале студентима хемије.

Натријум хидроксид се користи у многим индустријама: у производњи пулпе и папира, текстила, воде за пиће, сапуна и детерџената, и као средство за чишћење сливника. Светска продукција 2004. године је била приближно 60 милиона тона, док је потражња била 51 милион тона.

Добијање

Као хемикалија која се веома употребљава у индустрији, производи се у великим количинама. Може се добити на више начина:

1. дејством натријума на воду;
2. дејством кречног млека на раствор натријум-карбоната;
3. електролизом раствора натријум-хлорида.

Добијање дејством натријума на воду

За разлику од друге две, ова метода нема широку примену у индустрији, већ служи за лабораторијско добијање натријум-хидроксида и то у малим количинама. Овако добијен натријум-хидроксид је веома чист.

Добијање дејством калцијум-хидроксида

Када се кува смеша натријум-карбоната и калцијум-хидроксида, добија се растворени натријум-хидроксид, док се калцијум-карбонат таложи:

$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Овај процес се назива каустификација.

Добијање електролизом

Овај процес је најзаступљенији. Приликом електролизе кухињске соли дешавају се хемијске реакције које се могу приказати хемијским једначинама:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{\mathrm{*}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{*}}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{*}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{*}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$

Особине

Физичка својства

То је бела кристална супстанца која брзо апсорбује влагу и угљен-диоксид из ваздуха. У води се лако раствара уз издвајање знатне количине топлоте, али се слабо раствара у алкохолу.

Хидрати

Натријум хидроксид може да формира неколико хидрата -{NaOH·n}-Шаблон:Chem, што доводи до комплексног дијаграма растворљивости, који је детаљно описао С. У. Пикеринг 1893. године. Познати хидрати и приближни опсези температура и концентрација (масених процената -{NaOH}-) њихових засићених водених раствора су:

• Хептахидрат, -{NaOH}-·7Шаблон:Chem: од −28  °C (18,8%) до −24  °C (22,2%).
• Пентахидрат, -{NaOH}-·5Шаблон:Chem: од −24  °C (22,2%) до −17,7 (24,8%).
• Тетрахидрат, -{NaOH}-·4Шаблон:Chem, α форма: од −17,7 (24,8%) до +5,4  °C (32,5%).
• Тетрахидрат, -{NaOH}-·4Шаблон:Chem, β форма: метастабилна.
• Трихемихидрат, -{NaOH}-·3,5Шаблон:Chem: од +5,4  °C (32,5%) до +15,38  °C (38,8%) и затим до +5,0  °C (45,7%).
• Трихидрат, -{NaOH}-·3Шаблон:Chem: метастабилан.
• Дихидрат, -{NaOH}-·2Шаблон:Chem: од +5,0  °C (45,7%) до +12,3  °C (51%).
• Монохидрат, -{NaOH}-·Шаблон:Chem: од +12,3  °C (51%) до 65,10  °C (69%) затим до 62,63  °C (73,1%).

Рани извештаји су садржали референце о хидратима са -{n}- = 0,5 или -{n}- = 2/3, док каснија пажљива истраживања нису успела до потврде његово постојање.

Једини хидрати са стабилним тачкама топљења су -{NaOH}-·Шаблон:Chem (65,10  °C) и -{NaOH}-·3,5Шаблон:Chem (15,38  °C). Други хидрати, изузев метастабилних -{NaOH}-·3Шаблон:Chem и -{NaOH}- 4Шаблон:Chem (β) се могу кристалисати из раствора одговарајућег састава, као што је наведено горе. Међутим, раствори -{NaOH}- се могу лако суперохладити за много степени, што омогућава формирање хидрата (укључујући метастабилне) из раствора са различитим концентрацијама. На пример, кад се раствор -{NaOH}- и воде са 1:2 молским односом (52,6% -{NaOH}- по маси) охлади, монохидрат нормално почиње да се кристалише (на око 22  °C) пре дихидрата. Међутим, раствор се може лако суперохладити до -15  °C, након чега се може брзо кристалисати као дихидрат. При загревању, чврсти дихидрат се може директно отопити у раствор на 13,35  °C; међутим, кад једном температуре премаши 12,58  °C он се обично разлаже у чврсти монохидрат и течни раствор. Чак и -{n}- = 3,5 хидрат је тешко кристалисати, јер се раствор суперохлади у тој мери да други хидрати постају стабилнији.

Раствор у топлој води који садржи 73,1% (масено) -{NaOH}- је еутектички, те очвршћава на око 62,63  °C као једна интиматна мешавина анхидрованих и монохидратних кристала. Друга стабилна еутектичка композиција је 45,4% (масених) -{NaOH}-, која очвршћава на око 4,9  °C у смешу кристала дихирата и 3,5-хидрата. Трећа стабилна еутектичка композиција има 18,4% (масених) -{NaOH}-. Она се очвршћава на око −28,7  °C као смеша воденог леда и хептахидрата -{NaOH}-·7Шаблон:Chem. Кад се раствори са мање од 18,4% -{NaOH}- хладе, водени лед се прво кристалише, остављајући -{NaOH}- у раствору.

α форма тетрахидрата има густину од 1,33 -{g/cm}-³. Она се конгруентно топи на 7,55  °C у течност са 35,7% -{NaOH}- која има густину 1,392 -{g/cm}-³, и стога плива плива на њој као лед на води. Међутим, на око 4,9  °C он се може уместо тога инконгурентно отопити у смешу чврстог -{NaOH}-·3.5Шаблон:Chem и течног раствора. β форма тетрахидрата је метастабилна, и често се спонтано трансформише у α форму кад се охлади испод −20  °C. Кад је једном иницирана, егзотермна трансформација се комплетира за неколико минута, уз повећање од 6,5% у запремини течности. β форма се може кристалисати из суперохлађених раствора на −26  °C, и делимично отопити на −1,83  °C.

Продајни натријум хидроксид је обично монохидрат (густина 1,829 -{g/cm}-³). Физички подаци у техничкој литератури се могу односити на ову форму, уместо на анхидратно једињење.

Хемијска својства

Водени раствор је љигав, корозиван и натријум-хидроксид је у том раствору веома дисосован што је све својство јаке алкалије. У складу са тим, мења боју лакмуса у плаво, као што мења боје и других индикатора, а са киселинама реагује градећи соли. Такође реагује и са растворима металних соли, изузев соли алкалних метала, градећи соли натријума, на пример:

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{⟶}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Са тим да се у реакцији са амон-солима ослобађа амонијак (гас), вероватно због непостојаности амон-хидроксида. Уколико се раствор држи у стојници са брушеним стакленим затварачем, после неког времена неће бити могуће отворити ту стојницу јер супстанца лако везује угљен-диоксид из ваздуха и прави кристале на затварачу. Да би се таква ситуација спречила, користе се гумени затварачи, чија је флексибилност боља.

Растопљени натријум-хидроксид делује на метале, са тим да на никл и сребро слабо делује. На пример:

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{Z}\mathrm{n}\mathrm{⟶}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{Z}\mathrm{n}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Делује и на неметале:

$\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{P}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{P}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{a}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Лако делује и на стакло и порцелан, чак и његов водени раствор.

Употреба

Има вишеструку употребу: за бељење и бојење, при рафинацији уља, у производњи сапуна, хартије, боја (ализарина на пример) и вештачке свиле, за пречишћавање боксита, а у облику натрон-креча употребљава се у квантитативној анализи за апсорпцију угљен-диоксида. Користи се у комбинацији са другим хемикалијама за скидање фото-лака при кућној изради штампаних плоча у електроници, након што је плоча била подвргнута UV осветљавању.

Литература

• Шаблон:Cite book
• Euro Chlor-How is chlorine made? Chlorine Online
• Шаблон:Greenwood&Earnshaw2nd
• Heaton, A.. An Introduction to Industrial Chemistry, , New York:Blackie. Шаблон:Page1.

Спољашње везе

• -{International Chemical Safety Card 0360}-
• -{NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards}-
• -{CDC – Sodium Hydroxide – NIOSH Workplace Safety and Health Topic}-
• -{Production by brine electrolysis}-
• -{Sodium Hydroxide MSDS}-
• -{Шаблон:Cite web Шаблон:Wayback}-
• -{Hill Brothers MSDS}-
• -{Titration of acids with sodium hydroxide; freeware for data analysis, simulation of curves and pH calculation}-
• -{Caustic soda production in continuous causticising plant by lime soda process}-