· Меры предосторожности при обращении с гидроксидом натрия · Литература ·
Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.
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 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 получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:
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.
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 + 2NaOHЕдкая 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.
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 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.
Схема мембранного электролизера .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.
Схема ртутного электролизёра.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:
2Cl - 2е → Cl 2 0 - основной процесс 2H 2 O - 2e - → O 2 +4H + 6СlО - + 3Н 2 О - 6е - → 2СlО 3 - + 4Сl - + 1,5O 2 + 6Н +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):
Na + + е = Na 0 nNa + + nHg = Na + HgАмальгама 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:
Na + Hg + Н 2 O = NaOH + 1/2Н 2 + HgПолученный 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.
В лаборатории гидроксид натрия в некоторых случаях получают химическими способами, но чаще используется небольшой электролизёр диафрагменного или мембранного типа.
С химическим соединением, называемым каустической содой, человек встречается ежедневно. Гидроксид натрия, химическая формула которого обозначается NaOH, относится к разряду едких и сильных щелочей, опасных для кожи и слизистых человека. Одновременно с этим она активно используется пищевой промышленностью, косметологией, фармацевтикой. Ни одно средство личной гигиены не обходится без добавления этого соединения. Химические свойства вещества сделали его самым популярным среди регуляторов кислотности и средств для поддержания консистенции.
Это соединение – едкая щелочь, которая применяется не только пищевой, фармацевтической и косметической сферами, но и химической промышленностью. Гидроокись натрия, или каустическая сода, выпускается в виде немного скользких твердых гранул желтоватого или белого цвета. При сильной концентрации NaOH разъедает органические соединения, поэтому способен вызвать ожог. Используется как пищевая добавка Е524, необходимая для поддержания консистенции продуктов.
Вещество имеет химическую формулу NaOH. Соединение взаимодействует с различными веществами любых агрегатных состояний, нейтрализуя их, с кислотами, образуя соль и воду. Реакция с атмосферными оксидами и гидроксидами позволяет получить тетрагидроксоцинкат или алкоголят. Едкий натр применяется для осаждения металлов. Например, при реакции с сульфатом алюминия образуется его гидроксид. Осадок не растворяется и не наблюдается избыточное получение щелочи. Это актуально при очистке воды от мелких взвесей.
Соединение растворяется в воде. Технический Sodium Hydroxide представляет собой водный раствор гидроксида натрия в щелочеустойчивой герметичной таре. При взаимодействии с водой каустик выделяет большое количество тепла. Вещество имеет следующие свойства:
Каустическая сода встречается в составе минерала брусита . Второе по величине месторождение сконцентрировано на территории России. Гидроокись благодаря исследованиям Николы Леблана, проведенным в 1787 г., получают методом синтеза из хлористого натрия. Позже востребованным способом добычи стал электролиз. С 1882 г. ученые разработали ферритный метод получения в лаборатории гидроксида с помощью кальцинированной соды. Электрохимический способ сейчас самый популярный: ионы натрия образуют его раствор едкой ртути – амальгаму, которая растворяется водой.
Нет более распространенной щелочи, чем каустическая сода. Ежегодно потребляется порядка 57 млн т. Едкий натрий используется при получении лекарственных препаратов, фенола, органических красителей, глицерина . Еще одна сфера применения – дезинфекция помещения из-за способности химического соединения нейтрализовать вредные для человека вещества, находящиеся в воздухе. Еще гидроокиси широко используются для поддержания формы продуктов (пищевая промышленность).
Гидроокись натрия относится к сильной основе для химических реакций и активно применяется разными отраслями благодаря своим свойствам :
Каустическая сода очищает овощи, фрукты от кожицы. Применяется вещество для придания цвета карамели. Как пищевая добавка E524 (класс регуляторов кислотности, веществ против комкования наряду с карбонатом натрия) используется при изготовлении какао, мороженого, сливочного масла, маргарина, шоколада, безалкогольных напитков. Оливки и маслины размягчаются, приобретают черный цвет.
Пищевые продукты – рогалики и немецкие крендели (брецели) – обрабатывают едким раствором для хрустящей корочки. В скандинавской кухне существует рыбное блюдо – лютефиск . Технология приготовления включает вымачивание на протяжении 5-6 суток сушеной трески в растворе гидроокиси, пока не будет получена желеобразная консистенция. В пищевой промышленности сода помогает рафинировать растительное масло.
Способность взаимодействия жиров у каустика была замечена уже давно. С VII века арабы освоили получение твердого мыла с помощью едкого натра и ароматических масел. Эта технология осталась прежней. Каустическая сода добавляется в шампуни, моющие вещества, средства личной гигиены. Косметическая промышленность применяет гидроксид Na для получения мыла против жиров, жидкости для снятия лака, кремов.
Основной способ применения – гелеобразный гидроксид или его гранулы. Входит в состав средств для устранения засоров канализации, систем отопления. Грязь растворяется, дезагрегируется и проходит дальше по трубе. Изделия из нержавеющей стали очищаются от масляных веществ с помощью каустической соды, разогретой до 50-60°С с добавлением гидроксида калия. Косметология применяет гель на его основе для размягчения ороговевшей кожи, папиллом, бородавок.
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.
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.
В промышленных масштабах следует осторожно пользоваться этим веществом, поскольку не соблюдение мер безопасности опасно для человека.
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:
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.
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.
Энтальпия растворения для бесконечно разбавленного водного раствора составляет -44,45 кДж / моль.
Из водных растворов кристаллизуются гидраты:
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.
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.
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.
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.
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.
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:
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:
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.
Гидроксид натрия применяется во многих отраслях промышленности и в быту:
Введение .
Гидроксид натрия или едкий натр (NaOH), хлор, соляная кислота НС1 и водород получают в промышленности в настоящее время методом электролиза раствора хлорида натрия.
Едкий натр или гидроксид натрия - сильная щелочь, называемая в быту каустической содой, применяется в мыловарении, в производстве глинозема - полупродукта для получения металлического алюминия, в лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве искусственного шелка, в промышленности органического синтеза и других отраслях народного хозяйства.
При работе с хлором, хлористым водородом, соляной кислотой и едким натром необходимо строго соблюдать правила техники безопасности: вдыхание хлора вызывает резкий кашель и удушье, воспаление слизистых оболочек дыхательных путей, отек легких, а в дальнейшем образование в легких воспалительных очагов.
Хлористый водород даже при незначительном содержании его в воздухе вызывает раздражение в носу и гортани, покалывание в груди, хрипоту и удушье. При хроническом отравлении малыми его концентрациями особенно страдают зубы, эмаль которых быстро разрушается.
Отравления соляной кислотой весьма сходны с отравлениями хлором.
Химические способы получения гидроксида натрия.
К химическим способам получения гидроксида натрия относятся известковый и ферритный.
Известковый способ получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с известковым молоком при температуре около 80°С. Этот процесс называется каустификацией; он описывается реакцией
Na 2 C0 3 + Са (ОН) 2 = 2NaOH + CaC0 3 (1)
растворосадок
По реакции (1) получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора, который упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92% NaOH. Расплавленный NaOH разливают в железные барабаны, где он застывает.
Ферритный способ описывается двумя реакциями:
Na 2 C0 3 + Fe 2 0 3 = Na 2 0 Fe 2 0 3 + C0 2 (2)
феррит натрия
Na 2 0 Fe 2 0 3 -f H 2 0 = 2 NaOH + Fe 2 O 3 (3)
раствор осадок
реакция (2) показывает процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 1100-1200°С. При этом образуется спек - ферритнатрия и выделяется двуокись углерода. Далее спек обрабатывают (выщелачивают) водой по реакции (3); получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe 2 O 3 , который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Раствор содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92% NaOH.
Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество топлива, получаемый едкий натр загрязнен примесями, обслуживание аппаратов трудоемко и др. В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическим способом производства.
Понятие об электролизе и электрохимических процессах.
Электрохимическими процессами называют химические процессы, протекающие в водных растворах или расплавах под действием постоянного электрического тока.
Растворы и расплавы солей, растворы кислот и щелочей, называемые электролитами, относятся к проводникам второго рода, в которых перенос электрического тока осуществляется ионами. (В проводниках первого рода, например металлах, ток переносится электронами.) При прохождении электрического тока через электролит на электродах происходит разряд ионов и выделяются соответствующие вещества. Этот процесс называется электролизом. Аппарат, в котором осуществляется электролиз, называется электролизером или электролитической ванной.
Электролиз используется для получения ряда химических продуктов- хлора, водорода, кислорода, щелочей и др. Следует отметить, что путем электролиза получают химические продукты высокой степени чистоты, в ряде случаев недостижимой при химических методах их производства.
К недостаткам электрохимических процессов следует отнести высокий расход энергии при электролизе, что увеличивает стоимость получаемых продуктов. В связи с этим проведение электрохимических процессов целесообразно только на базе дешевой электрической энергии.
Сырье для получения гидроксида натрия.
Для производства гидроксида натрия, хлора, водорода используют раствор поваренной соли, который подвергают электролизу Поваренная соль встречается в природе в виде подземных залежей каменной соли, в водах озер и морей и в виде естественных рассолов или растворов. Залежи каменной соли находятся в Донбассе, на Урале, в Сибири, Закавказье и других районах. Богаты солью у нас в стране и некоторые озера.
В летнее время происходит испарение воды с поверхности озер, и поваренная соль выпадает в виде кристаллов. Такая соль называется самосадочной. В морской воде содержится до 35 г/л хлорида натрия. В местах с жарким климатом, где происходит интенсивное испарение воды, образуются концентрированные растворы хлорида натрия, из которых он кристаллизуется. В недрах земли, в пластах соли протекают подземные воды, которые растворяют NaCl и образуют подземные рассолы, выходящие через буровые скважины на поверхность.
Растворы поваренной соли, независимо от пути их получения содержат примеси солей кальция и магния и до того, как они передаются в цеха электролиза, подвергаются очистке от этих солей. Очистка необходима потому, что в процессе электролиза могут образовываться плохо растворимые гидроокиси кальция и магния, которые нарушают нормальный ход электролиза.
Очистка рассолов производится раствором соды и известковым молоком. Помимо химической очистки, растворы освобождаются от механических примесей отстаиванием и фильтрацией.
Электролиз растворов поваренной соли производится в ваннах с твердым железным (стальным) катодом и с диафрагмами и в ваннах с жидким ртутным катодом. В любом случае промышленные электролизеры, применяемые для оборудования современных крупных хлорных цехов, должны иметь высокую производительность, простую конструкцию, быть компактными, работать надежно и устойчиво.
Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом .
Дает возможность получать гидроксид натрия, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоянного электрического тока через водный раствор хлорида натрия можно ожидать выделения хлора:
2CI - - 2е Þ С1 2 (а)
а также кислорода:
20Н - - 2е Þ 1/2О 2 + Н 2 О(б)
H 2 0-2eÞ1/2О 2 + 2H +
Нормальный электродный потенциал разряда ОН - -ионов составляет + 0,41 в, а нормальный электродный потенциал разряда ионов хлора равен + 1,36 в. В нейтральном насыщенном растворе хлористого натрия концентрация гидроксильных ионов около 1 ·10 - 7 г-экв/л. При 25° С равновесный потенциал разряда гидроксильных ионов будет
Равновесный потенциал разряда, ионов хлора при концентрации NaCI в растворе 4,6 г-экв/л равен
Следовательно, на аноде с малым перенапряжением должен в первую очередь разряжаться кислород.
Однако на графитовых анодах перенапряжение кислорода много выше перенапряжения хлора и поэтому на них будет происходить в основном разряд ионов С1 - с выделением газообразного хлора по реакции (а).
Выделение хлора облегчается при увеличении концентрации NaCI в растворе вследствие уменьшения при этом величины равновесного потенциала. Это является одной из причин использования при электролизе концентрированных растворов хлорида натрия, содержащих 310-315 г/л.
На катоде в щелочном растворе происходит разряд молекул воды по уравнению
Н 2 0 + е = Н + ОН - (в)
Атомы водорода после рекомбинации выделяются в виде молекулярного водорода
2Н Þ Н 2 (г)
Разряд ионов натрия из водных растворов на твердом катоде невозможен вследствие более высокого потенциала их разряда по сравнению с водородом. Поэтому остающиеся в растворе гидроксид - ионы образуют с ионами натрия раствор щелочи.
Процесс разложения NaCI можно выразить таким образом следующими реакциями:
т. е. на аноде идет образование хлора, а у катода - водорода и гидроксида натрия.
При электролизе, наряду с основными, описанными процессами, могут протекать и побочные, один из которых описывается уравнением (б). Помимо этого, хлор, выделяющийся на аноде, частично растворяется в электролите и гидролизуется по реакции
В случае диффузии щелочи (ионов ОН -) к аноду или смещения катодных и анодных продуктов хлорноватистая и соляная кислоты нейтрализуются щелочью с образованием гипохлорита и хлорида натрия:
НОС1 + NaOH = NaOCl + Н 2 0
НС1 + NaOH = NaCl + Н 2 0
Ионы ClO - на аноде легко окисляются в ClO 3 - . Следовательно, из-за побочных процессов при электролизе будут образовываться гипохлорит, хлорид и хлорат натрия, что приведет к снижению выхода по току и коэффициента использования энергии. В щелочной среде облегчается выделение кислорода на аноде, что также будет ухудшать показатели электролиза.
Чтобы уменьшить протекание побочных реакций, следует создать условия, препятствующие смешению катодных и анодных продуктов. К ним относятся разделение катодного и анодного пространств диафрагмой и фильтрация электролита через диафрагму в направлении, противоположном движению ОН - ионов к аноду. Такие диафрагмы называются фильтрующими диафрагмами и выполняются из асбеста.
