נתרן הידרוקסיד (NAOH): מבנה, תכונות, שימושים, סינתזה - כִּימִיָה - 2025

נתרן הידרוקסידי הוא תרכובת אורגנית אשר נוסחה כימית היא NaOH והוא מורכב בסיס או אלקלי מתכת חזקה. תמיסה של 5% ממנו במים היא בעלת pH קרוב ל -14.

זהו מוצק לבן היגרוסקופי מאוד שיכול לספוג גם פחמן דו חמצני מהאוויר ליצירת נתרן קרבונט. זה מגיע באופן מסחרי בבקבוקי פלסטיק כגלולות, שלא ניתן לחשוף זמן רב מדי לאוויר, וגם אין לטפל בהן בעזרת מרית.

טבליות נתרן הידרוקסיד בכוס שעון. מקור: לא סופק מחבר קריא במכונה. Walkerma הניח (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים).

ניתן לסנתז נתרן הידרוקסיד על ידי תגובת סידן הידרוקסיד עם נתרן קרבונט. אולם כרגע הוא מסונתז למעשה באמצעות אלקטרוליזה של מי מלח, והוא תוצר לוואי של ייצור גז כלור.

בהתחשב בבסיסיות הגבוהה של NaOH, יש לו שימושים ויישומים רבים, כמו ייצור נייר, סבונים, חומרי ניקוי, צבעים וכו '. הוא משמש גם לניקוי ביתי, לטיפול במים, לעיבוד אלומיניום, לייצור תרופות וכו '; ומעל לכל, זהו דפוס משני ללא מצוינות.

נתרן הידרוקסיד מאכל מאוד, מסוגל לגרום לגירוי וכוויות בעור ובעיניים. על ידי שאיפת האבק הוא עלול לגרום לבצקת ריאות. בינתיים, בליעתו עלול לגרום נזק כה חמור בדרכי העיכול שהוא עלול להוביל למוות.

מִבְנֶה

נְטוּל מַיִם

יוני NaOH. מקור: גבריאל בוליבר.

התמונה העליונה מציגה את היונים המרכיבים את NaOH. הקטיון Na ⁺ מיוצג על ידי הכדור הסגול, ואילו האניון ההידרוקסיל (הידרוקסיד או הידרוקסיל) OH ^{- על} ידי הכדור האדום והלבן. יוני Na ⁺ וגם OH ^- יוצרים אינטראקציה זה עם זה באמצעות המשיכה האלקטרוסטטית של המטענים הפוכים שלהם.

מבנה נתרן הידרוקסיד

אינטראקציות כאלו אינן כיווניות, ולכן האטרקציות של זוג Na ⁺ OH ^- זוג יונים יכולות להשפיע על אלה של אחרים במרחק מסוים. התוצאה היא כי Na ⁺ היונים דוחים זה את זה, באותו אופן כמו OH ^- היונים , עד שהם מגדירים גביש אנרגיה המינימאלית שבה הם להקים מבנה מסודר תקופתי (גבישים).

לפיכך, גבישים אורטורומביים של NaOH נטול מים (ללא מים) מופיעים:

ייצוג המבנה הגבישי של נתרן הידרוקסיד נטול מים. מקור: קוויביק דרך ויקיפדיה.

היונים נשארים מלוכדים מספיק כך שגביש NaOH נטול המים נמס במהירות של 323 מעלות צלזיוס (כל עוד אין לחות בסביבה).

לחות

גם Na ⁺ וגם OH ^- הם יונים המומסים (מתייבשים) בקלות על ידי מולקולות מים. זה מעדיף את ההידרציה שלו מעל האנרגיה הרשתית של הגבישים שלה, כך ש- NaOH משחרר אנרגיה רבה כאשר הוא בא במגע עם מים.

עם זאת, גבישים נטולי מים יכולים לארח מולקולות מים לא פתורות; כלומר, נתרן הידרוקסיד יכול ליצור הידרטים רבים, NaOH · nH ₂ O. מולקולת המים יכולה ליצור קשר מימן עם OH ^- (HOH-OH ^- ), או לתאם עם Na ⁺ (Na ⁺ - OH ₂ ).

תלוי ביחס המולארי בין NaOH ל- H ₂ O, מונוהידראטים (NaOH · H ₂ O), דיhydrate (NaOH · 2H ₂ O), trihemidrates (NaOH · 3.5H ₂ O), טטרהידראטים (NaOH · 4H ₂ O) עשויים להיווצר , הפטה -hydrates (NaOH · 7H ₂ O), ואחרים.

כל אחד מההידרטים הללו יכול להתגבש מתמיסה מימית של NaOH באחוזי מסה שונים ובטמפרטורות שונות. כתוצאה מכך, NaOH מציגה תרשים מסיסות מים מסובך.

באופן כללי, גבישי ההידרטים פחות צפופים ויש להם נקודות התכה נמוכות יותר. זה נובע מהעובדה שמולקולות המים "מעכבות" את האינטראקציות בין Na ⁺ ל- OH ^- ומוסיפות כוחות דיפול-דיפול להקריב אטרקציות יוניות.

תכונות פיזיקליות וכימיות

שמות

שם מועדף על ידי IUPAC: נתרן הידרוקסיד. שמות אחרים: סודה קאוסטית, אסקריט (פחות נפוץ)

מסה מולארית

39.9971 גרם / מול

מראה חיצוני

גבישי לבן, סרוס או אטום או קריסטלים.

נקודת המסה

323 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

1,388 מעלות צלזיוס

מסיסות במים

1,000 גרם לליטר בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס. זה מראה כמה זה יכול להתמוסס במים.

הפתרונות שלהם מימיים הם צמיגיים, עם ערך צמיגות בערך פי שמונים ממים, והם משחררים הרבה חום בהתחלה. אם יש לך קשר איתם, הם הופכים את העור לחלקלק, עקב איבון חומצות השומן בעור.

בסיסיות (pKb)

- 0.56

pH

תמיסה של 5% w / w במים היא בעלת pH קרוב ל -14

מדד שבירה (nD)

באורך גל של 580.4 ננומטר: 1,433 ב 320 מעלות צלזיוס, ו 1,421 ב 420 מעלות צלזיוס.

יַצִיבוּת

יש לסגור הרמטית על מכולות המכילות אותו כדי למנוע היווצרות נתרן קרבונט. זה נובע מההיגרוסקופיות הגבוהה שלו, מה שמביא אותו לספיגת לחות מסביבתו ותכולת ה- CO ₂ שלו .

הִתפָּרְקוּת

כאשר הוא מחומם לפירוק הוא פולט עשן נתרן תחמוצת.

נקודת הצתה אוטומטית

לא דליק

צְמִיגוּת

4.0 cPoise ב 350 מעלות צלזיוס

חום האידוי

175 ק"ג / מול בטמפרטורה של 1,388 מעלות צלזיוס

מתח פנים

74.35 dynes / cm בתמיסה 2.72% w / w במים ב 18 מעלות צלזיוס.

תגובתיות

עם חומצות

מגיב עם חומצות מינרליות אורגניות ואורגניות, ומוליד מים ומלח המתאים. במקרה של חומצה גופרתית התגובה אקסותרמית.

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

עם תחמוצות חומצה

מגיבה עם דו תחמוצת הגופרית, למשל, נותנת מלח גופרית ומים:

2 NaOH + SO ₂ => Na ₂ SO ₃ + H ₂ O

עם מתכות

הפתרונות שלה מימיים מגיבים עם מתכות מסוימות לייצור מלחי נתרן מורכבים. לדוגמא, תגובתו עם אבץ מולידה אבץ נתרן:

Zn + 2 NaOH + 2 H ₂ O => Na ₂ + H ₂

סִינתֶזָה

נתרן הידרוקסיד מסונתז בעיקר בשתי שיטות: השימוש בנתרן קרבונט, ששימש בתחילה, ואלקטרוליזה של נתרן כלוריד, כיום בשימוש תעשייתי רב יותר.

תגובה של נתרן קרבונט וסידן הידרוקסיד

נתרן פחמתי מגיב עם סידן הידרוקסיד בתהליך המכונה הקאוסטיזציה:

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

הסידן פחמתי יורד ומשאיר את הנתרן הידרוקסיד בסופר-נפט, המרוכז על ידי אידוי.

נתרן קרבונט מגיע בעבר מתהליך Solvay:

2 NaCl + CaCO ₃ => Na ₂ CO ₃ + CaCl ₂

אלקטרוליזה של נתרן כלוריד

אלקטרוליזה של נתרן כלורי, המצוי במי מלח, מייצרת גז מימן, גז כלוריד ונתרן הידרוקסיד בתמיסה מימית:

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

התא האלקטרוליטי מורכב מתא המכיל את האנודה (+), העשוי ממתכת טיטניום, ומקום בו מונחים המלח. תא זה מופרד מתא הקתודה (-) על ידי קרום נקבובי.

התגובה הבאה מתרחשת באנודה:

2 Cl ^- => Cl ₂ + 2 e ^- (חמצון)

בינתיים, תגובה זו מתרחשת בקתודה:

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

נתרן (Na ⁺ ) מתפזר מתא האנודה לתא הקתודה, דרך הממברנה המפרידה ביניהם, ויוצר נתרן הידרוקסיד.

יישומים

מוצרי ניקוי

נתרן הידרוקסיד משמש לייצור סבונים וחומרי ניקוי המשמשים בבית ובעסק. השילוב של נתרן הידרוקסיד וכלור מייצר אקונומיקה כלורית, המשמשת בכביסת בגדים לבנים.

זה גם מבטל את הצטברות השומנים בביוב, ומייצר את ביטולו באמצעות המרתו לסבונים בתהליך האיבה. זה מאפשר הסרת אינסטלציה סתומה מבתים ומבנים אחרים.

תרופות ותרופות

נתרן הידרוקסיד משמש לייצור משככי כאבים נפוצים, כמו אספירין. כמו כן של תרופות עם פעולה נוגדת קרישה החוסמות את היווצרות קרישי הדם ותרופות להפחתת יתר כולסטרולמיה.

תהליכי אנרגיה

נתרן הידרוקסיד משמש לייצור תאי דלק שמתפקדים כמו סוללות לייצור חשמל למגוון יישומים, כולל הובלה. שרפים אפוקסי, המיוצרים בהתערבות נתרן הידרוקסיד, משמשים בטורבינות רוח.

טיפול במים

נתרן הידרוקסיד משמש לנטרול חומציות המים ותורם להוצאת מתכות כבדות ממנו. הוא משמש גם לייצור נתרן היפוכלוריט, חומר חיטוי למים.

נתרן הידרוקסיד מגיב עם אלומיניום סולפט ליצירת אלומיניום הידרוקסיד: חומר נדיד המשמש במפעלים לטיפול במים כדי להגביר את שקיעת החלקיקים, ומייצר את הבהרתם.

ייצור נייר

נתרן הידרוקסיד משמש עם נתרן גופרתי בטיפול בעץ להשגת תאית, בצורה כמעט טהורה, המהווה את הבסיס לנייר. הוא משמש גם למחזור נייר, מכיוון שהוא מסייע בהפרדת הדיו הוא מאפשר להשתמש בו שוב.

ייצור תעשייתי

נתרן הידרוקסיד משמש לייצור זהורית, סטרץ, חומרי נפץ, שרפים אפוקסי, זכוכית וקרמיקה. הוא משמש בתעשיית הטקסטיל לייצור צבעים ולעיבוד בדי כותנה.

במפעלים לטיפול בקנה סוכר משמש נתרן הידרוקסיד בטמפרטורה נמוכה לייצור אתנול מקנה סוכר.

סיכונים

נתרן הידרוקסיד הוא תרכובת מאכלת מאוד, ולכן היא עלולה לגרום, על ידי מגע עם העור, כוויות, שלפוחיות ואפילו צלקות קבועות.

במגע עם העיניים זה יכול לגרום לכוויות קשות, נפיחות, כאבים, ראייה מטושטשת ובמקרים חמורים זה יכול לגרום לעיוורון תמידי.

בליעת נתרן הידרוקסיד עלולה לגרום לכוויות בשפתיים, בלשון, בגרון, בוושט ובבטן. בין התסמינים הרגילים ניתן למצוא בחילה, הקאות, התכווצויות בטן ושלשול.

למרות שאיפת נתרן הידרוקסיד היא נדירה, והיא יכולה להתרחש רק מנוכחות אבק של תרכובת באוויר או מהיווצרות ערפל המכיל אותו, היא מייצרת גירוי בריאות.

במקרה של חשיפה כרונית זה יכול לגרום לבצקת ריאתית ולקוצר נשימה קשה, המהווה חירום רפואי.

הפניות

1. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
2. ויקיפדיה. (2019). נתרן הידרוקסידי. התאושש מ: en.wikipedia.org
3. המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2019). נתרן הידרוקסידי. מאגר PubChem. CID = 14798. התאושש מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. אלמנטים אמריקאים. (2019). תמיסת נתרן הידרוקסיד. התאושש מ: americanelements.com
5. עובדות בנושא בטיחות כימית. (2019). נתרן הידרוקסידי. התאושש מ: Chemicalafetyfacts.org
6. NJ בריאות. (2015). נתרן הידרוקסידי. . התאושש מ: nj.gov
7. המרכז הקנדי לבריאות תעסוקתית ובריאות. (2019). OSH עונה על גיליונות עובדה: נתרן הידרוקסיד. התאושש מ: ccohs.ca
8. Ausetute. (sf). ייצור נתרן הידרוקסיד וכלור באמצעות אלקטרוליזה. התאושש מ: ausetute.com.au