Каустическая кислота. Гидроксид натрия и реакции с ним

Натрий относится к щелочным металлам и расподожен вглавной подгруппе первой группы ПСЭ им. Д.И. Менделеева. На внешнем энергетическом уровне его атома на сравнительно большом удалении от ядра находится один электрон, который атомы щелочных металлов довольно легко отдают, превращаясь в однозарядные катионы; этим объясняется очень высокая химическая активность щелочных металлов.

Общим способом получения щелочных является электролиз расплавов их солей (обычно хлоридов).

Натрий, как щелочной металл, характеризуются незначительной твёрдостью, малой плотностью и низкими температурами плавления.

Натрий, взаимодействуя с кислородом, образует преимущественно пероксид натрия

2 Na + O2 Na2O2

Восстановлением пероксидов и надпероксидов избытком щелочного металла можно получить оксид:

Na2O2 + 2 Na 2 Na2O

Оксиды натрия взаимодействует с водой с образованием гидроксида: Na2O + H2O → 2 NaOH .

Пероксиды полностью гидролизуются водой с образованием щёлочи: Na2O2 + 2 HOH → 2 NaOH + H2O2

Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):

С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество - нитрид натрия

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

Гидроксид натрия NaOH (едкая щелочь) – сильное химическое основание. В промышленности гидроксид натрия получают химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения:

Известковый, который заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при температуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он проходит по реакции:

Na 2 CО 3 + Са (ОН) 2 → 2NaOH + CaCО 3

Ферритный, который включает два этапа:

Na 2 CО 3 + Fe 2 О 3 → 2NaFeО 2 + CО 2

2NaFeО 2 + xH 2 О = 2NaOH + Fe 2 O 3 *xH 2 О

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:

2NaCl + 2H 2 О ±2е- → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Гидроксид натрия вступает в реакции:

1) нейтрализации:

NaOH + HCl → NaCl + H 2 O

2) обмена с солями в растворе:

2NaOH +CuSO 4 → Cu (OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

3) реагирует с неметаллами

3S + 6NaOH → 2Na 2 S + Na 2 SO 3 + 3H 2 O

4) реагирует с металлами

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 3H 2 + 2Na

Гидроксид натрия широко используется в различных отраслях промышленности, например, при варке целлюлозы, для омыления жиров при производстве мыла; как катализатор химических реакций, при получении дизельного топлива и т.д.

Карбонат натрия вырабатывается или в виде Na 2 CO 3 (кальцинированная сода), или в виде кристаллогидрата Na 2 CO 3 *10Н 2 О (кристаллическая сода), или в виде гидрокарбоната NaНCO 3 (питьевая сода).

Сода чаще всего производится по аммиачно-хлоридному методу, основанному на реакции:

NaCl + NH 4 HCO 3 ↔NaHCO 3 + NH4Cl

Потребляют карбонаты натрия многие отрасли промышленности: химическая, мыловаренная, целлюлозно-бумажная, текстильная, пищевая и т.д.

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.

Натрия гидроксид – это всем известная каустическая сода, самая распространенная щелочь в мире. Химическая формула NaOH. Имеет другие традиционные названия – каустик, едкая щелочь, едкий натр, гидроокись натрия, натриевая щелочь.

Едкий натр – это твердое вещество белого или желтоватого цвета, немного скользкое на ощупь, которое получают путем электролиза из хлорида натрия. Натрия гидроксид является сильной щелочью, которая способна разрушать органические вещества: бумагу, дерево, а также кожу человека, вызывая ожоги различной степени тяжести.

Свойства гидроксида натрия

Промышленность выпускает гидроокись натрия в виде белого рассыпчатого порошка без запаха. Технический едкий натр может поставляться в виде различных растворов: ртутных, химических, диафрагменных. Обычно это бесцветная или слабо окрашенная жидкость, герметически закупоренная в щелочеустойчивую тару. Также выпускается гранулированный гидроксид натрия, который служит для различных технических нужд.

Каустик является водорастворимым веществом, которое при контакте с водой выделяет большое количество теплоты. Раствор натриевой щелочи немного скользкий на ощупь, напоминает жидкое мыло.

Другие свойства гидроксида натрия

• Нерастворим в ацетоне, эфирах;
• Хорошо растворяется в глицерине, этаноле и метаноле (спиртовые растворы);
• Каустик очень гигроскопичен, поэтому соду нужно упаковывать в непромокаемую тару и хранить в сухом помещении;
• Негорюч, температура плавления - 318°С;
• Температура кипения - 1390°С;
• Опасное свойство гидроксида натрия заключается в его бурной реакции при контакте с металлами, такими как алюминий, цинк, свинец, олово. Являясь сильным основанием, едкий натр может образовывать взрывоопасный горючий газ (водород);
• Пожароопасная ситуация возникает и в случае контакта натриевой щелочи с аммиаком;
• В расплавленном виде может разрушать фарфор и стекло.

В промышленных масштабах следует осторожно пользоваться этим веществом, поскольку не соблюдение мер безопасности опасно для человека.

Применение гидроксида натрия

В пищевой промышленности натриевая щелочь известна как пищевая добавка – регулятор кислотности Е-524. Она используется при производстве какао, карамели, мороженого, шоколада и лимонадов. Также каустическую соду добавляют в хлебобулочные изделия и сдобу для более пышной консистенции, а обработка изделий раствором едкого натра перед выпечкой способствует приобретению хрустящей румяной корочки.

Применение гидроксида натрия целесообразно для получения нежной и мягкой консистенции продуктов. Например, вымачивание рыбы в щелочном растворе позволяет получить желеобразную массу, из которой готовят лютефиск – традиционное скандинавское блюдо. Таким же способом добиваются размягчения маслин и оливок.

Достаточно широко гидроокись натрия применяется в косметической промышленности. При производстве средств личной гигиены (мыло, шампуни, кремы), а также моющих средств гидроокись натрия необходима для омыления жиров и присутствует в качестве эмульгирующей щелочной добавки.

Другие сферы применения гидроксида натрия:

• В целлюлозно-бумажной промышленности;
• Для производства масел и изготовления биодизельного топлива в нефтеперерабатывающей промышленности;
• Для дезинфекции и санитарной обработки помещений, поскольку каустическая сода имеет свойство нейтрализовывать находящиеся в воздухе вредные для человека вещества;
• В быту для очистки засорившихся труб, а также для ликвидации загрязнений с различных поверхностей (кафель, эмаль и пр.).

Чем опасен едкий натр

При попадании на кожу человека, слизистые оболочки или в глаза гидроокись натрия вызывает достаточно сильные химические ожоги. Необходимо сразу же промыть пораженный участок тела большим количеством воды.

При случайном заглатывании вызывает поражение (химический ожог) гортани, полости рта, желудка и пищевода. В качестве первой помощи можно дать пострадавшему выпить воды или молока.

Популярные статьи Читать больше статей

02.12.2013

Все мы много ходим в течение дня. Даже если у нас малоподвижный образ жизни, мы все равно ходим – ведь у нас н...

604429 65 Подробнее

10.10.2013

Пятьдесят лет для представительниц прекрасного пола – это своеобразный рубеж, перешагнув который каждая вторая...

443889 117 Подробнее

02.12.2013

В наше время бег уже не вызывает массу восторженных отзывов, как это было лет тридцать назад. Тогда общество б...

Гидроксид натрия, натрий гидроксид — неорганическое соединение, гидроксид состав NaOH. Представляет собой белые, непрозрачные и очень гигроскопичные кристаллы. Вещество хорошо растворимый в воде при соединении с водой выделяется большое количество тепла.

Проявляет сильные щелочные свойства. Значение pH 1% -го водного раствора составляет 13.

Гидроксид натрия является токсичным соединением, может также вызывать коррозию металлов. Вещество применяется в производстве многочисленных продуктов, в частности, поверхностно-активных веществ, бумаги, косметики, лекарственных средств.

Физические свойства

Гидроксид натрия NaOH — белое твердое вещество. Оставленный на воздухе едкий натрий вскоре рассеивается так как притягивает влагу из воздуха. Вещество хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты.

Растворимость в метаноле составляет 23,6 г / л (при 28 ° C), в этаноле — 14,7 г / л (28 ° C).

Раствор едкого натра ошибкой на ощупь.

Термодинамика растворов

Энтальпия растворения для бесконечно разбавленного водного раствора составляет -44,45 кДж / моль.

Из водных растворов кристаллизуются гидраты:

• при 12,3-61,8 ° C — моногидрат NaOH · H 2 O (сингониях ромбическая, температура плавления 65,1 ° C; плотность 1,829 г / см; ΔH 0 утв -425,6 кДж / моль)
• в интервале -28 … -24 ° C — гептагидрат NaOH · 7H 2 O;
• от -24 до -17,7 ° C — пентагидрат NaOH · 5H 2 O;
• от -17,7 до -5,4 ° C — тетрагидрат NaOH · 4H 2 O (α-модификация);
• от -8,8 до 15,6 ° C — NaOH · 3,5Н 2 О (температура плавления 15,5 ° C).
• от 0 ° C до 12,3 ° C — дигидрат NaOH · 2H 2 O;

Получение

Исторически первым методом получения гидроксида натрия было взаимодействие соды Na 2 CO 3 и гашеной водой извести CaO:

Проведению реакции способствует перемешивание и высокая температура, поэтому ее осуществляли в стальных реакторах с мешалками. После получения продуктов, от продуктов отделяли растворим карбонат кальция и выпаривали остаточный раствор гидроксида натрия при 180 ° C в чугунных емкостях без доступа воздуха. Таким образом можно было получить раствор концентрацией до 95%.

В 1892 году независимо друг от друга американский ученый Гамильтон Кастнер и австриец Карл Кельнер открыли способ получения гидроксида электролизом хлорида натрия, который широко распространен в природе. Течение реакций можно описать суммарным уравнением:

Этот метод и по сей день является основным промышленным способом добывания NaOH, однако некоторые условия проведения синтеза испытывали модификаций. В частности, для предотвращения протекания реакций между продуктами и исходными веществами различные этапы взаимодействия проводят в отдельных реакторах или разграничиваются. По этому критерию различают три основных метода: ртутный, диафрагменные и мембранный.

Ртутный процесс

В оригинальном методе синтеза NaOH в качестве катода используется ртутный электрод. Попадая на катод, ионы натрия образуют там жидкие амальгамы переменного состава NaHg n:

Амальгамы выделяются из реакционной системы и переводятся в другую, где происходит разложение амальгамы водой с образованием гидроксида натрия:

По этому методу образуется раствор NaOH концентрацией 50-73% и практически свободен от загрязняющих примесей (хлора, хлорида натрия). Образована в результате разложения ртуть возвращается в электрод.

На аноде (графитовом или другом) происходит окисление хлорид-ионов с образованием свободного хлора

Кроме этого, имеют место также побочные реакции: окисление гидроксид-иона и электрохимическое образования хлорат-иона. Гидролизом полученного хлора могут образовываться и незначительные количества гипохлорит-ионов.

Диафрагменные процесс

В диафрагменного методе пространство между катодом и анодом разъединен перегородкой, которая не пропускает растворы и газы, однако не препятствует прохождению электрического тока и миграции ионов. Обычно, в качестве таких перегородок используется асбестовая ткань, пористые цементы, фарфор и т.

В анодный пространство подается раствор NaCl: на аноде (графитовом или магнетитовых) восстанавливаются хлорид-ионы, а катионы Na + (и, частично, анионы Cl -) мигрируют сквозь диафрагму к катодной пространства. Там катионы где сочетаются с гидроксид-ионами, образованными восстановлением воды на железном или медном катоде:

С катодной пространства в результате выделяется смесь гидроксида и хлорида натрия с содержанием NaOH 10-15% (и около 18% NaCl). Путем испарения удается увеличить концентрацию гидроксида до 50%, но содержание хлорида все равно остается существенным. Для выделения хлорида из смеси, ее обрабатывают жидким аммиаком с образованием легковиддилюваного хлорида аммония (однако, этот способ является малораспространенным за высокой стоимости его проведения). Также применяется метод, который заключается в охлаждении смеси и выделении кристаллов гидрата NaOH · 3,5H 2 O, которые в дальнейшем дополнительно дегидратують.

Мембранный процесс

Этот способ был разработан в 1970-х годах компанией «DuPont» и считается наиболее совершенным из существующих. В мембранном процессе в реакторе устанавливается катионообменная мембрана, которая является проницаемой для ионов Na +, движущихся в катодный пространство, и подавляет миграцию гидроксид-ионов, которые мигрируют в обратном направлении — таким образом в катодном пространстве увеличивается концентрация составляющих NaOH. Экономически выгодной для синтеза считается концентрация 30-35%, а новейшие мембраны позволяют увеличить это значение до 50%.

По этому методу хлорид натрия теоретически не образуется, но проникновение хлорид-ионов через мембрану все же может иметь место.

Получение твердого NaOH

Твердый NaOH (каустическая сода) получают выпариванием его раствора к содержимому воды меньше 0,5-1,5%. Сначала 50% -ный раствор выпаривают в вакууме до концентрации 60%, а концентрацию 99% достигают с применением теплоносителей (смесь NaNO 2, NaNO 3, KNO 3) при температуре выше 400 ° C: раствор подается насосом в разогретую камеру для испарения, где отделяется остальные воды.

Марки

Гидроксид натрия выпускается в двух видах: твердом и жидком. Твердая гранулированная каустическая сода представляет собой белую твердую массу с размером чешуек 0,5-2 см. Редкий раствор каустической соды — бесцветный. Коммерчески важны растворы гидроксида натрия с концентрацией 50%.

Технический едкий натр выпускают следующих марок:

• ТР — твердый ртутный;
• ТД — твердый диафрагменный (плавленый)
• РР — раствор ртутный;
• РХ — раствор химический;
• РД — раствор диафрагменный.

Химические свойства

Гидроксид натрия активно поглощает влагу из воздуха, образуя гидраты различного состава, которые разлагаются при нагревании:

В растворах соединение хорошо распадается:

Проявляя сильные щелочные свойства, гидроксид натрия легко взаимодействует с кислотами, кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами:

NaOH легко взаимодействует с галогенами, а при высоких температурах — также и с металлами:

При взаимодействии с солями, которые являются производными слабых оснований, образуются соответствующие гидроксиды:

Реагируя с монооксидом углерода, синтезируется формиат натрия:

Требования безопасности

Сода каустическая пожаро- и взрывобезопасная. Едкая, коррозионно активное вещество. По степени воздействия на организм относится к веществам 2-го класса опасности. Как твердое вещество, так и концентрированные его растворы вызывают очень сильные ожоги. Попадание щелочи в глаза может привести к тяжелым заболеваниям и даже к потере зрения. При попадании на кожу, слизистые оболочки, глаза образуются сильные химические ожоги. При попадании на кожу — промыть слабым раствором уксусной кислоты.

При работе используют защитные средства: защитные очки, резиновые перчатки, прорезиненный химостойких одежду.

Применение

Гидроксид натрия применяется во многих отраслях промышленности и в быту:

• Каустик применяется в целлюлозно-бумажной промышленности для делигнификации (сульфатный процесс) целлюлозы, в производстве бумаги, картона, искусственных волокон, древесно-волокнистых плит.
• Для омыления жиров при производстве мыла, шампуня и других моющих средств. В последнее время продукты на основе гидроксида натрия (с добавлением гидроксида калия, нагретые до 50-60 градусов Цельсия, применяются в сфере промышленной мойки для очистки изделий из нержавеющей стали от жира и других масляных веществ, а также остатков механической обработки.
• В химических отраслях промышленности — 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.
• Для изготовления биодизельного топлива — которое получают из растительных масел и используют для замены обычного дизельного топлива. Для получения биодизеля в девяти массовых единиц растительного масла добавляют одну массовую единицу спирта (то есть соблюдается пропорция 9: 1), а также щелочной катализатор (NaOH). Полученный эфир (главным образом линолевой кислоты) отличается превосходной воспламеняемости, что обеспечивается высоким цетановым числом. Если для минерального дизтоплива характерен показатель в 50-52%, то метиловый эфир соответственно 56-58% цетана. Сырьем для производства биодизеля могут быть различные растительные масла: рапсовое, соевое и другие, кроме тех, в составе которых высокое содержание пальмитиновой кислоты (пальмовое масло). При ее производстве в процессе этерификации также образуется глицерин который используется в пищевой, косметической и бумажной промышленности, или перерабатывается в Эпихлоргидрин по методу Сольве.
• Как агент для растворения засоров канализационных труб, в виде сухих гранул или в составе гелей. Гидроксид натрия дезагрегуе засорения и способствует легкому продвижению его далее по трубе.
• В гражданской обороне для дегазации и нейтрализации ядовитых веществ, в том числе зарина, в ребризера (изолирующих дыхательных аппаратах (ИДА), для очистки воздуха, выдыхаемого от углекислого газа.
• Гидроксид натрия также используется для мойки пресс-форм автопокрышек.
• В приготовлении пищи: для мытья и очистки фруктов и овощей от кожуры, в производстве шоколада и какао, напитков, мороженого, покраске карамели, для размягчения маслин и предоставления им черного окраса, при производстве хлебобулочных изделий. Зарегистрировано в качестве пищевой добавки E524.
• В косметологии для удаления ороговевших участков кожи: бородавок, папиллом.

Видео по теме

Изображения по теме

· 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.