Wodorotlenek sodu i jego zastosowanie

Wzór sumaryczny: NAOH
Wzór strukturalny: Na-O-H

Wodorotlenki otrzymuje się głównie dwiema metodami:

1. W reakcji metalu z wodą (głównie wodorotlenek sodu i potasu)
np.: 2Na + H2O → 2NaOH + H2

2. W reakcji tlenku metalu z wodą
np.: Na2O + H2O → 2NaOH

Wodorotlenek sodu:

Soda żrąca, soda kaustyczna - biała krystaliczna masa o temperaturze topnienia 318oC. Związek silnie higroskopijny,działa niszcząco na naskórek, rozpuszczalny w wodzie (mocna zasada), alkoholach. Chłonie dwutlenek węgla z powietrza tworząc węglan. Działa parząco na skórę. Stopiony wodorotlenek sodu atakuje krzemionkę, szkło i porcelanę. Reakcje ze stopionym NaOH przeprowadza się w naczyniach z niklu, żelaza, srebra i złota. Natomiast nie można stosować platyny, bowiem ulega ona korozji w tych warunkach.
W skali technicznej otrzymywany jest w wyniku elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. Na anodzie wydziela się chlor:
Cl- -> 1/2Cl2 + e-

Na katodzie zobojętnieniu ulegają jony wodorowe pochodzące z wody:
H3O+ + e- -> H2O + 1/2H2

Elektrolizę przeprowadza się w urządzeniach tak skonstruowanych aby chlor nie mieszał się z roztworem powstającego wokół katody NaOH gdyż w takim przypadku powstawałby NaOCl. W metodzie przeponowej cel ten osiąga się oddzielając przestrzeń katodową od anodowej porowatą przeponą, przez którą mogą łatwo dyfundować jony lecz nie przedostają się banieczki gazu. Elektrolizę przerywa się przed rozłożeniem całej ilości NaCl i roztwór zagęszcza przez odparowanie. Większa część chlorku sodu wydziela się z roztworu przed wydzieleniem lepiej rozpuszczalnego NaOH. Jednak metoda ta nie pozwala na otrzymanie czystego wodorotlenku sodu.
Czysty wodorotlenek sodowy otrzymuje się w metodzie rtęciowej. W tym przypadku wykorzystuje się fakt, że wydzielanie wodoru na katodzie rtęciowej jest możliwe tylko przy przyłożeniu odpowiednio wyższego napięcia (tzw. nadnapięcie - nadwyżka napięcia ponad wartość wynikającą z teoretycznych obliczeń potrzebna do wydzielenia na elektrodzie produktu elektrolizy) niż w przypadku elektrod żelaznych czy grafitowych. W związku z tym na elektrodzie rtęciowej wydziela się sód tworzący z rtęcią amalgamat. Utworzony amalgamat przenosi się do zbiornika zawierającego czystą wodę, z którą amalgamat reaguje dając roztwór NaOH.

Wodorotlenek sodu należy do podstawowych surowców chemicznych i wykorzystywany jest niemalże we wszystkich gałęziach przemysłu.

Stosowany jest między innymi: jako surowiec (nośnik sodu) w różnego rodzaju syntezach do produkcji jonowych środków powierzchniowo czynnych, w przemyśle farmaceutycznym (m.in. przy produkcji polopiryny, kwasu salicylowego, sulfaniloamidów), do otrzymywania aluminium z przerobu boksytów, do otrzymywania szkła wodnego z krzemionki, przy produkcji tłuszczów i mydeł oraz w wielu innych syntezach organicznych i nieorganicznych.

Znalazł również bardzo szerokie zastosowanie: jako surowiec pomocniczy w przemyśle celulozowo papierniczym, w procesach bielenia, barwienia i utrwalania barwnika w przemysłach włókienniczym i wiskozowym, przy przeróbce ropy naftowej w procesach rafinacji olejów, w procesach petrochemicznych, przy produkcji barwników syntetycznych, przy przeróbce ciekłych produktów koksowania, w procesach uzdatniania wody dla celów przemysłowych, przy przeróbce ścieków, w przemyśle spożywczym (mleczarnie, browary, masarnie, cukrownie) jako środek myjąco-dezynfekujący

PRZYKŁADY STOSOWANIA

Przemysł chemiczny

Ług sodowy jest podstawowym materiałem zużywanym w szeregu ciągów produkcyjnych przemysłu chemicznego. Jest używany jako reagent i półprodukt w wielu procesach wytwórczych rozpuszczalników, tlenku propylenu, dwutlenku tytanu, chlorków przemysłowych, izocyjanianów i innych.

Szeroki zakres zastosowań obejmuje regulację pH procesów i produktów czy też wytwarzanie anionowych półproduktów o charakterze nukleofilowym do reakcji eteryfikacji i estryfikacji. Przemysł chemiczny jest największym użytkownikiem ługu sodowego, ocenianym na ponad 17 mln. ton (40% ogólnoświatowego zużycia).

Przemysł celulozowo-papierniczy

Wodorotlenek sodowy ma szerokie zastosowanie w przemyśle celulozowo-papierniczym. Główne zastosowania obejmują etapy rozdrabniania (usuwanie ligniny) i wybielania masy celulozowej oraz procesy oczyszczanie ścieków. Na 1 tonę masy papierniczej zużywane jest około 120 kg wodorotlenku sodowego. Przemysł celulozowo-papierniczy zużywa prawie 7 mln ton (16% światowego zużycia), będąc znaczącym i rosnącym rynkiem dla producentów ługu sodowego.

Przemysł petrochemiczny

Wodorotlenek sodowy jest używany w procesach wydobycia , produkcji i przetwarzania ropy naftowej i gazu ziemnego. Najważniejsze zastosowania NaOH w przetwórstwie to usuwanie z węglowodorów substancji o charakterze kwasowym oraz gazów tworzących się w procesach przetwórczych.

Przemysł włókien sztucznych

W przemyśle włókien sztucznych wodorotlenek sodowy jest używany do wytwarzania roztworu wiskozy z którego jest wytwarzane podstawowe włókno wiskozowe oraz w procesie merceryzacji. Średnio 600 kg wodorotlenku sodowego jest zużywane na jedną tonę roztworu wiskozy.

Jedwab sztuczny
Produkcja sztucznego jedwabiu celulozowego polega na przeprowadzeniu celulozy w rozpuszczalną pochodną, najczęściej ksantogenian. Wodny roztwór ksantogenianu celulozy jest lepką, przezroczystą cieczą, zwaną wiskozą, z której można zregenerować celuloze nadając równocześnie produktom różnorodne kształty; włókna ciągłego, folii płaskiej lub zwiniętej JEDWAB SZTUCZNY, sztuczne włókno ciągłe, z którego wyroby są podobne do wyrobów z jedwabiu naturalnego. Jedwab sztuczny wiskozowy, otrzymywany podobnie jak inne włókna (różnica polega m.in. na dłuższym przebywaniu włókna w kąpieli koagulacyjnej, wprowadzeniu do kąpieli koagulacyjnej substancji opóźniających szybkość regeneracji celulozy z wiskozy), jest odporny na działanie alkaliów, kwasów i bardziej wytrzymały na zerwanie niż cięte włókna wiskozowe

WŁÓKNA WISKOZOWE, sztuczne włókna celulozowe, rodzaj włókien chemicznych ;polimerem włóknotwórczym jest gł. celuloza z miazgi drzew iglastych (świerk, sosna) lub bukowych; pod wpływem działania na celulozę wodorotlenku sodu i dwusiarczku węgla powstaje celulozoksantogenian sodu, który rozpuszcza się w rozcieńczonym wodorotlenku sodu, dając płyn przędzalniczy, zw. wiskozą; wiskoza przetłoczona przez otworki dyszy przędzalniczej przechodzi do kąpieli, w której ulega koagulacji (pod wpływem kwasu siarkowego następuje rozkład celulozoksantogenianu sodu i powstają włókienka tzw. celulozy regenerowanej). Zależnie od użytego surowca i składu kąpieli otrzymuje się włókna o różnych właściwościach; ogólnie włókna wiskozowe mają właściwości podobne do bawełny i są stosowane w postaci włókien ciągłych, np. jedwab wiskozowy (jedwab sztuczny )oraz w postaci włókien ciętych, np. argona, merona.

Przemysł mydlarski i detergentów

W procesach wytwarzania mydła jest używany do zmydlania tłuszczów. Tłuszcze będące pod względem chemicznym glicerydami kwasów tłuszczowych reagują z wodorotlenkiem sodowym dając sole sodowe kwasów tłuszczowych (określane jako mydła) i glicerynę.

Jedna z ważniejszych grup detergentów jest wytwarzana przez neutralizację organicznych kwasów sulfonowych za pomocą wodorotlenku sodowego.

Znaczące ilości NaOH są używane bezpośrednio to tworzenia fosforanu sodowego (składnik proszków i płynów do prania).

Detergenty są to syntetyczne środki piorące oraz mydlące, nie zawierające mydła. Są to głównie sole sodowe kwasów sulfonowych, oraz wodosiarczanów wyższych alkoholi. Detergenty są składnikami proszku do prania, płynów do mycia naczyń, są również w środkach zapobiegających elektryzowaniu się tkanin, w szamponach, i temu podobnych.

Mydła alkaliczne – rozpuszczalne w wodzie mydła sodowe i potasowe, Mydła sodowe są substancjami obecnie otrzymywanymi na szeroką skalę w reakcji zasady sodowej lub z tłuszczami. Wykorzystuje się tu łój, olej kokosowy lub palmowy.
Tłuszcz + zasada sodowa ® mydło + gliceryna
Proces ten nazywamy zmydlaniem. Dokonuje się on w podwyższonej temperaturze, a otrzymaną substancję po schłodzeniu i wysuszeniu można stosować do mycia i prania. W taki sposób mydło otrzymywano domowym sposobem jeszcze w latach trzydziestych XX wieku. Zasadę sodową, zwaną sodą kaustyczną można było kupić w składach aptecznych. Następnie gotowano ją razem z tłuszczem. Pozyskiwana substancja była następnie umieszczana w odpowiednich formach. Po wystygnięciu i wysuszeniu stosowano ją w gospodarstwach domowych. Takie proste mydło można kupić również obecnie w i nazywa się ja popularnie szarym mydłem. Współczesna procedura otrzymywania mydła niewiele się zmieniła. Różnica występuje w dodatkowych etapach produkcji: mydło można wzbogacić w substancje zapachowe, nawilżające i barwniki. Takie mydło nazywamy mydłem toaletowym. Można również otrzymać mydła o charakterze leczniczym. Dodatek niewielkich ilości siarki to metoda produkcji mydła leczącego choroby skóry. Polecane jest często młodym ludziom mającym problemy z tłustą cerą – siarka ma tu działanie dezynfekujące. Należy jednak stosując takie mydło pamiętać, aby nie nosić wtedy srebrnej biżuterii, która w reakcji z siarką pokrywa się czarnym osadem siarczku srebra. W podobny sposób otrzymuje się mydła zawierające wyciągi z ziół. Mają wtedy właściwości zarówno mydła jak i ziół, których wyciągi zawierają.

Niewątpliwie stosowanie mydeł pomaga nam utrzymać higienę. Wiadomo jednak, że nasza skóra ma lekko kwaśny odczyn. Mydła w roztworach wodnych mają odczyn zasadowy. Dlatego też stosowanie ich i niewystarczające spłukiwanie doprowadza do zmiany chemicznego odczynu naszej skóry z kwasowego na zasadowy. Nie jest to naturalne, a dodatkowo wiadomo, że środowisko zasadowe sprzyja rozwojowi różnego typu grzybic. Mydło jednak pomogło uporać się z różnymi dolegliwościami skóry pochodzenia bakteryjnego i pasożytniczego.

Na rynku dostępne są syntetyczne detergenty o lekko kwaśnym odczynie (pH 5,5) i takie mydła są najwłaściwsze do stosowania, gdyż nie naruszają ochronnej warstwy na skórze.

Codziennie kilkakrotnie sięgamy po różnego rodzaju detergenty. Myjąc ręce, naczynia, używając proszków do prania miejmy świadomość, że są to wynalazki pozwalające żyć w czystości oraz zachować zdrowie. Tlenek wodoru i perfumowany stearynian sodu to dwie substancje, których nie powinno się oszczędzać

Gospodarka komunalna

Rozcieńczony ług sodowy jest używany do regeneracji jonitów używanych do demineralizacji wody

Przemysł górniczy i wydobywczy

Używany jest do podniesienia pH, neutralizacji siarkowodoru w płuczce wiertniczej oraz do poprawy dyspersji bentonitu w wodzie. Stosowany w ilościach od 1-3 kg/m3 a wprowadzany jest do płuczki w postaci 10% roztworu wodnego.

Ponadto Wodorotlenek stosuje się do:
• Produkcji barwinków
BARWNIKI, związki chem. silnie absorbujące energię promieniowania elektromagnet., gł. w zakresie widzialnym, i mające zdolność trwałego łączenia się z barwionym materiałem; służą do barwienia m.in. włókien naturalnych i chem., tworzyw sztucznych, skóry, papieru, żywności.
W farbiarstwie włók. zastosowanie prakt. mają jedynie barwniki odznaczające się trwałością otrzymanych wybarwień, tzn. ich odpornością na działanie światła, potu, chloru, tarcie w stanie suchym i wilgotnym oraz pranie w ciepłym roztworze mydła, prasowanie, oraz te barwniki, które nie działają szkodliwie na organizm człowieka (nie wywołują odczynów alergicznych).
Ze względu na budowę chem. cząsteczki barwników dzieli się najogólniej na barwniki karbocykliczne i heterocykliczne; z uwagi na rodzaj występującego w barwnikach chromoforu wśród barwników karbocyklicznych rozróżnia się m.in. barwniki: azowe, nitrowe, nitrozowe, triarylometanowe, benzochinonowe, naftochinonowe, antrachinonowe, chinoiminowe, wśród barwników heterocyklicznych zaś - barwniki indygoidowe, tioindygowe, ksantenowe, oksazynowe, akrydynowe, azynowe, tiazynowe, ftalocyjaninowe, cyjaninowe i in.

• jako środek zmiękczający powłoki lakierowe. Roztwór 7% jest używany jako wywoływacz emulsji pozytywowej do wykonywania obwodów drukowanych POSITIV20.
• Wywoływacz 146.7 to specjalistyczny preparat do wywoływania naświetlonej emulsji POSITIV20. Jest wolny od NaOH.
• Produkcji szkła
SZKŁO WODNE, syropowata ciecz będąca roztworem wodnym krzemianu sodu (sz.w. sodowe) lub potasu (sz.w. potasowe); otrzymuje się je przez stapianie krzemionki (piasku kwarcowego) z węglanem sodu lub potasu i ogrzewanie z wodą powstałego w postaci szklistej krzemianu; stosowane m.in. do impregnacji przeciwogniowej tkanin, papy, drewna, do konserwacji jaj, do sklejania szkła i porcelany, w stereochromii, jako wypełniacz mydła oraz do wyrobu kitów i farb ognioochronnych.

• metalurgii, produkcja tlenku glinowego/aluminium
• produkcji chemikaliów: synteza związków organicznych lub nieorganicznych,
• oczyszczaniu wody,
• produkcji towarów konsumpcyjnych.
• Przemyśle chloro-alkaliczny, który zajmuje się zajmuje się produkcją chloru (Cl2)oraz alkaliów . wodorotlenku sodowego (NaOH) lub wodorotlenku potasowego (KOH) . za pomocą elektrolizy roztworu soli. Podstawowe technologie stosowane w produkcji chloro-alkalicznej, to elektroliza w elektrolizerze rtęciowym, przeponowym lub membranowym głównie z wykorzystaniem jako surowca chlorku sodowego (NaCl) lub . w mniejszym stopniu . z wykorzystaniem chlorku potasu (KCl) do produkcji wodorotlenku potasowego.