小编整理: 氢氧化钠是一种非常重要的无机化合物,通常被称为烧碱、火碱、苛性钠或固碱。它是一种高腐蚀性的强碱,具有很高的反应活性。氢氧化钠的化学式为NaOH,摩尔质量为39.997g/mol,密度为2.1g/cm。
在常温常压下,氢氧化钠呈现为无色透明的晶体。不过,在工业品中,由于掺杂有少量氯化钠和碳酸钠,其颜色可能会呈现为白色。其形态无规则,可以表现为块状、片状、棒状或粒状。
氢氧化钠是一种重要的工业原料,被广泛应用于纺织、造纸、洗涤剂、肥皂、橡胶和塑料等行业。它是一种强碱,可以与许多物质发生反应,因此在化学实验和工业生产中具有重要的应用。
需要注意的是,氢氧化钠具有很强的腐蚀性,对皮肤、眼睛和呼吸道等都有强烈的刺激和腐蚀作用。因此,在使用氢氧化钠时,必须采取必要的防护措施,避免直接接触和吸入。
氢氧化钠 氢氧化钠(英文名称:Sodium Hydroxide),称烧碱、火碱、苛性钠、固碱等, 无机化合物 ,是一种高腐蚀性的 强碱 ,化学式为NaOH, 摩尔质量 为39.997g/mol,密度为2.1g/cm 。 常温常压下为无色透明晶体,工业品中因掺杂有少量 氯化钠 和 碳酸钠 而呈现白色 ,形态无规则,有块状、片状、棒状、粒状等几种,极易溶于水,遇水和水蒸气大量放热,并成为腐蚀性液体。除此之外,氢氧化钠易溶于 甲醇 、 乙醇 和 甘油 ,不溶于 丙醇 等溶剂。 氢氧化钠易与酸反应,与 酯类 物质发生 皂化反应 用来生产肥皂。工业上常用纯 碱石灰 法、天然碱石灰法、 苛化法 等方法制备氢氧化钠。氢氧化钠广泛应用于医药、食品、 化学 、洗涤、纺织、造纸、炼铝、净水等领域。 基本信息
性质
溶解性
极易溶于水,易溶于甲醇、乙醇和甘油;不溶于丙酮、乙醚和苯等溶剂
危险性
相关历史 氢氧化钠不存在于自然界,但可从易得的原料大规模地制造,并有广泛的用途。氢氧化钠溶液是最古老的人造化学品之一,古代就已经知道用 碳酸钠 与煅烧过的石灰石在水溶液中的反应制备氢氧化钠。 当时的炼金术士 们发现,将 石灰 和草木灰或碳酸钠混合会增强草木灰或碳酸钠的碱性,这种操作最终导致苛性苏打(即氢氧化钠)的发现。 在中世纪,苛性 苏打 被视为一种比苏打或 钾碱 更为烈性的 碱液 ,是由苏打和 生石灰 ( 氢氧化钙 )制成的,有助于从天然来源中提取 染料 。到公元800年时,通过在苛性苏打中煮沸脂肪或植物油制备 硬皂 似乎已广泛应用于整个欧洲。 19世纪初,人们发现 食盐水 电解可生成氢氧化钠碱液。1833年确立了电解过程的基本定律( 法拉第定律 )。1884年开始在工业上采用 石灰乳 苛化纯碱溶液的方法制备氢氧化钠。1888年隔膜法 电解食盐水 生产烧碱和 氯气 在工业上实现。1892年汞电解槽在工业上应用。1968年金属阳极代替 石墨 阴极用于大规模工业生产。1975年离子交换膜氯碱 电解槽 投入工业运转。1979年应用于宇宙飞船 的 燃料电池 固体聚合物电解质 SPE试验性地应用于盐水电解制烧碱和氯气。
理化性质
物理性质 氢氧化钠为无色透明的晶体,其水溶液有涩味和滑腻感。 无味, 摩尔质量 为39.779g/mol,密度为2.1g/cm ,沸点为1388℃,熔点为318℃。工业品级氢氧化钠,因掺杂有少量的 氯化钠 、 碳酸钠 等物质而呈现白色。 易潮解,形态不规则,有块状、片状、棒状、粒状等几种。氢氧化钠易吸取空气中的水蒸气,从而发生潮解。 极易溶于水且溶解度随温度的升高而增大,溶解后放出大量热量并形成碱性溶液,在20°C的水中的溶解度为1.09 g/100ml; 易溶于 甲醇 、 乙醇 和 甘油 ,不溶于 丙酮 、 乙醚 和 苯 等溶剂。 氢氧化钠的粘度为4.0 cP(350 °C),蒸气压约为0 mm Hg ,汽化热为175 kJ/mol。
化学性质 氢氧化钠不会燃烧,遇 水 和水蒸气大量放热,并成为腐蚀性液体。
中和反应 氢氧化钠属于 强碱 ,其水溶液能使 指示剂 变色,与酸可以发生 中和反应 ,生成相应的盐。
与氧化物反应 氢氧化钠能与某些金属氧化物和非金属氧化物反应。例如氢氧化钠可以腐蚀玻璃、陶瓷(因其含有 SiO₂ ),反应方程式如下:
与酸性气体反应
与单质反应 氢氧化钠可以与多种单质物质发生反应,向氢氧化钠溶液中通入卤素单质,在较低的温度下反应生成卤化钠和次卤酸钠(次 卤盐 不稳定);加热后反应生成卤化钠和卤酸钠(卤 酸盐 比较稳定)。 氢氧化钠能溶解铝、锌、硼、硅等单质,例如,氢氧化钠与锌单质作用生成 锌酸钠 ,并释放出 氢气 ,反应方程式如下:
与两性物质反应 氢氧化钠与两性金属( 铝 、 锌 、 锡 )或其氧化物反应生成 偏铝酸 根、偏锌酸根、偏锡酸根之类的配 阴离子 和 氢气 。例如从铝 铁矿 中提取 氧化铝 的主要步骤就是氢氧化钠和氧化铝反应:
与金属离子反应 金属离子可以与氢氧化钠溶液反应生成相应的 氢氧化物 沉淀。工业上利用此反应可以除去金属离子杂质。例如钙、 镁离子 在氢氧化钠溶液中反应。
与有机化合物的反应 氢氧化钠可以与 酯类 物质发生皂化反应生成 有机酸 钠盐 和相应的醇。例如氢氧化钠与 甘油三脂肪酸酯 反应生成肥皂和 甘油 。 卤代烃 与氢氧化钠反应时,可以发生水解反应,此反应可以用于合成相应的醇类物质;另外,将卤代烃在氢氧化钠的醇溶液中加热,可以发生消去反应,从而生成相应的 烯烃 ,两种反应方程式如下:
应用领域
医药 氢氧化钠可以用作消毒药品。配成1%或2%的烧碱水溶液,用作食品工业的消毒药品,还可以对被油垢或浓糖液沾污的工具、机械、及车间等进行消毒。
食品 在食品加工中,氢氧化钠可以作为酸的 中和剂 ,也可以用于水果的 碱液 去皮。去皮所用氢氧化钠溶液的浓度因水果品种而有一定的差异。如在生产全去囊衣 糖水橘子 罐头时,用浓度为0.8%的氢氧化钠溶液;如生产糖水桃时,用浓度为13%~16%的氢氧化钠溶液。 中国《 食品安全 国家标准食品添加剂使用标准》(GB2760―2014)规定,氢氧化钠可用作食品工业用加工助剂,残留量无须限定。
无机化学领域 氢氧化钠属于具有强碱性的化工原料,广泛应用于各种无机钠盐(如 磷酸钠 、 亚硫酸钠 )和重金属氢氧化物的制备、 电镀液 的配制、矿石的碱性浸提(如在氰化法提取黄金时减少化学损耗)、酸性废气(如用于 磺化反应 后对过剩的 发烟硫酸 进行中和)和各种反应溶液pH值的调节等。此外,制金属钠、水的电解、 硼砂 、铬盐等 无机盐 的生产和制取也要使用大量的氢氧化钠。
有机化学化工领域 在有机化学工业中,氢氧化钠可用来作为皂化反应的原料。较多的有机物在氢氧化钠溶液中反应可得到亲核的阴离子中间体。此外,氢氧化钠还可对与含卤化合物进行脱 卤化氢 的消除反应、以碱熔法生产羟基化合物、与有机碱的盐类反应生产 游离碱 、作为碱性催化剂催化较多的有机化学反应等。
此外,氢氧化钠在生产染料、塑料、药剂及有机中间体时发挥着重要作用,包括旧橡胶的再生、聚碳酸酯、超级吸收质聚合物和 环氧树脂 的生产等。
洗涤用品工业 氢氧化钠可与有机物进行 皂化反应 ,生成的油脂可用于制造 肥皂 ,与烷基芳烃磺酸反应生产洗涤剂的活性组分。另外氢氧化钠还可以用来生产作为洗涤剂组分的磷酸钠盐,常用的含 十二烷基苯磺酸钠 等成分的洗衣粉也是由大量的氢氧化钠制造出来的。
纺织工业 纺织工业使用氢氧化钠溶液制造粘胶纤维。所用的氢氧化钠溶液必须仅含痕量的 氯化物 (人造丝级)。用氢氧化钠溶液处理棉织品(丝光处理),可以改善其表面光泽。
自来水及水处理工业 自来水厂 使用氢氧化钠溶液再生离子交换剂,用来供饮水净化和废水处理。在污水处理工业,由于存在酸性物质导致水的硬度较高的问题,通过加入氢氧化钠,可以用于降低酸性物质的含量。因氢氧化钠的用量控制比较方便,因此在水处理领域,该方法较为常用。
其他 氢氧化钠还可以用于配制 电镀液 ;用来加工铝钒土,提取纯 氧化铝 ;用于蒸煮木浆(除去木质素);天然气与石油精炼的脱硫;在氧化法提取黄金时减少化学损耗;以及处理酸性废气和废水。
物质结构 氢氧化钠晶体结构有正交晶系、单斜晶系、三方晶系和四方晶系。其中,正交晶系的NaOH晶体的空间群有两种:Cmcm和Pbcm。
当空间群为Cmcm时,晶体为二维结构。每个 钠离子 与五个氧离子结合,形成了一个边角共享的 方形金字塔,其中有一个较短的Na–O键(2.28 Å)和四个较长的Na–O键(2.40 Å)。 氢离子 以单键的方式与一个氧离子结合,氢键长度为0.97 Å。晶体结构中,a=3.37 Å、b=10.90 Å、c=3.35 Å、α=90.00º、β=90.00º、ɣ=90.00º。其晶体体积为123.15 ų,形成能为-1.551 eV/ atom ,能隙为2.80 eV。晶体密度为2.16 g·cm⁻³。 当空间群为Pbcm时,晶体为三维 结构。每个 钠离子 与四个氢离子和六个氧离子结合,形成两个较短Na–H键(2.37 Å)和两个较长的Na–H键(2.39 Å),而Na–O键间距的范围在2.32–2.53 Å之间。氧离子以单键的方式与六个等价的钠离子和一个 氢离子 键合。此晶体结构中,a=3.13 Å、b=5.87 Å、c=6.10 Å、α=90.00º、β=90.00º、ɣ=90.00º。其晶体体积为111.96 ų,形成能为-1.540 eV/ atom ,能隙为3.31 eV。晶体密度为2.37 g·cm⁻³。 单斜晶系的NaOH晶体的空间群为P2₁/m,晶体为二维结构。每个 钠离子 与五个氧离子结合,形成了一个扭曲的边角共享的NaO₅方形金字塔,Na–O键间距的范围在2.27–2.42 Å之间。氢离子与氧离子结合方式与正交晶系相同且氢键长度一致。此晶体结构中,a=3.38 Å、b=3.37 Å、c=5.61 Å、α=90.00º、β=106.10º、ɣ=90.00º。其晶体体积为61.36 ų,形成能为-1.550 eV/ atom ,能隙为2.82 eV。晶体密度为2.16 g·cm⁻³。
制备方法
实验室制备氢氧化钠 实验室制备氢氧化钠的方法主要以金属钠为原料。将钠在纯氧或除去 CO₂ 的空气中燃烧可以得到Na₂O,之后再将Na 2 O与水作用,生成氢氧化钠,两步反应方程式如下:
钠与水反应生成氢氧化钠和 氢气 , 该反应因反应剧烈以及有氢气的存在,可能存在安全隐患,因此可选择 将熔化的钠和除去了氧气的水蒸气以雾状的形式进行,可以规避相应的风险。反应方程数如下:
纯碱石灰法 该方法也被称为是 苛化法 ,是以 碳酸钠 溶液和 氢氧化钙 为原料,在99℃~101℃下进行复分解反应,生成氢氧化钠溶液和 碳酸钙 沉淀。化学反应式如下: 上述溶液中的碳酸钙等不溶物经过滤后,滤液蒸发浓缩至40%以上,可以制得液体氢氧化钠。将浓缩液进一步熬干固化,便可得到固体氢氧化钠。
氯化钠溶液电解法 原盐 (食盐)经除杂后,加热至一定温度进行电解,然后所得 电解液 经预热、蒸发、分盐、冷却得到浓碱液(液体氢氧化钠),进一步熬浓得到固体氢氧化钠。由于此方法的副产物为氢气和 氯气 ,因此电解法生产烧碱又称为氯碱工业,现代氯碱生产中,电解效率一般为95%~97%。 该方法的主要化学式如下:
关于此法有隔膜电解法和离子交换电解法两种工艺,其中,隔膜电解法是制备氢氧化钠最常用的方法之一。该法是利用多孔渗透性的隔膜材料为膜层,将阳极产生的与阴极产生的分开。此法生产强度小、氢氧化钠纯度低、对环境污染大。
离子交换膜法是应用化学性能稳定的 全氟磺酸 阳离子 为交换膜,将 电解槽 的阳极室和阴极室隔开。该法所制的氢氧化钠纯度高、投资小、对环境污染小。
水银电解法 原盐 (食盐)经过除杂后,进行预热,然后送入 水银 电解槽,进行电解。电解槽分为电解室和解汞室两部分,原盐中的 钠离子 与 水银 结合成 钠汞齐 ,流入解汞室。 钠汞齐 与端部加入的清水反应生成氢氧化钠和水银,水银又返回到电解室循环使用。从解汞室流出的氢氧化钠浓度约为45%~50%,可以直接用作商品 液碱 ,也可以熬浓得到固体氢氧化钠。
安全事宜
安全标识 GHS分类
GHS
危险说明
危险等级
H314
造成严重的皮肤灼伤和眼睛损伤
皮肤腐蚀/刺激
毒理学资料 小鼠腹腔注射LD 50 为40mg/kg。
FAO( 联合国粮食及农业组织 Food and Agriculture Organization of the United Nations )/WHO( 世界卫生组织 World Health Organization)对 ADI ( 每日允许摄入量 Acceptable Daily Intake)不做限制性规定(1994)。
FDA( 食品药品监督管理局 Food and Drug Administration )将其列为一般公认安全物质(GRAS:FDA-21CFR171.310,FDA-21CFR184.1763)。
氢氧化钠属于剧毒物质,1.95g可致死。
相关法规 中国《 食品安全国家标准食品添加剂使用标准 》(GB2760―2014)规定,氢氧化钠可用作食品工业用加工助剂,残留量无须限定。
泄露处理 少量泄露:用洁净的铲子收集于干燥、洁净、带盖的容器中。也可用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。
大量泄漏:收集回收或运至废物处理场所处置。
健康相关 氢氧化钠粉尘会刺激眼和呼吸道,腐蚀鼻中隔;皮肤和眼直接接触可引起灼伤;误服可造成消化道灼伤,黏膜糜烂、出血和休克。
急救措施 皮肤接触:如果是氢氧化钠稀溶液,必须先用水冲洗至少15min;如果是氢氧化钠浓溶液,需用布擦干,再用5%~10%硫酸镁溶液或3% 硼酸溶液 清洗并就医。
眼睛接触:立即提起眼脸,用流动清水或 生理盐水 冲洗,就医。
吸入:立即将人移至空气新鲜处,保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,进行人工呼吸,就医。
食入:立即用食醋、3%~5% 醋酸 、5% 稀盐酸 、大量橘汁或柠檬汁等将氢氧化钠进行中和,并给予服下蛋清、牛奶或植物油,迅速就医,禁止催吐和洗胃。
储存运输 由于氢氧化钠易吸收空气中的水分导致潮解,且对纸张、丝棉织物和玻璃等都有腐蚀性,因此,氢氧化钠宜密闭储存于不受腐蚀的容器中。 盛放氢氧化钠溶液的容器不可以用玻璃瓶塞,因为氢氧化钠会对玻璃制品中的成分进行腐蚀,与其生成的 硅酸钠 使得玻璃容器中的活塞黏着于容器上,不易分离。而且热的氢氧化钠也会导致玻璃容器的损坏,因此不可长时间存放于玻璃容器中。
将氢氧化钠储存于不漏水的容器内,放置于干净、阴凉的地方,与工作场所和禁忌物隔离。储存地方应有单独的通风设备。固体 片碱 、 粒碱 的包装、装卸时要轻装轻放,以防散包而危害人体,与此同时,氢氧化钠外包装容器应该有明显“腐蚀性物质”标志。
铁路运输过程中,使用钢桶包装的氢氧化钠可用敞车运输(但运输氢氧化钠时应防潮防雨)。运输过程不应超载,确保存放容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏,容器破损可用锡焊修补。同时,氢氧化钠不可与易燃物、可燃物、酸类物质、食用化学品等混装混运。为了避免意外情况发生,运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。