NATRIUMHYDROXID (NAOH): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, SYNTHESE - CHEMIE - 2025

Das Natriumhydroxid ist eine anorganische Verbindung, deren chemische Formel NaOH ist und aus einer Base oder einem starken Alkalimetall besteht. Eine 5% ige Lösung davon in Wasser hat einen pH-Wert nahe 14.

Es ist ein sehr hygroskopischer weißer Feststoff, der auch Kohlendioxid aus der Luft absorbieren kann, um Natriumcarbonat zu bilden. Es wird im Handel in Plastikflaschen als Pille geliefert, die nicht zu lange der Luft ausgesetzt werden dürfen und auch nicht mit Spateln gehandhabt werden dürfen.

Natriumhydroxid-Tabletten in einem Uhrglas. Quelle: Kein maschinenlesbarer Autor angegeben. Walkerma vermutet (basierend auf urheberrechtlichen Ansprüchen).

Natriumhydroxid kann durch Umsetzung von Calciumhydroxid mit Natriumcarbonat synthetisiert werden. Gegenwärtig wird es jedoch im wesentlichen durch Elektrolyse von Salzlösung synthetisiert und ist ein Nebenprodukt der Erzeugung von Chlorgas.

Aufgrund der hohen Basizität von NaOH hat es zahlreiche Verwendungszwecke und Anwendungen, wie die Herstellung von Papier, Seifen, Waschmitteln, Farbstoffen usw. Es wird auch in der Haushaltsreinigung, Wasseraufbereitung, Aluminiumverarbeitung, Medizinherstellung usw. Verwendet. und vor allem ist es ein sekundäres Muster schlechthin.

Natriumhydroxid ist sehr ätzend und kann Reizungen und Verbrennungen an Haut und Augen verursachen. Durch Einatmen des Staubes kann es zu Lungenödemen kommen. In der Zwischenzeit kann seine Einnahme den Verdauungstrakt so stark schädigen, dass er zum Tod führen kann.

Struktur

Wasserfrei

NaOH-Ionen. Quelle: Gabriel Bolívar.

Das obere Bild zeigt die Ionen, aus denen NaOH besteht. Das Na ⁺ -Kation wird durch die violette Kugel dargestellt, während das Hydroxylanion (Hydroxid oder Hydroxyl) OH ^- durch die rote und weiße Kugel dargestellt wird. Sowohl Na ^{+ -} als auch OH ^- -Ionen interagieren miteinander durch elektrostatische Anziehung ihrer entgegengesetzten Ladungen.

Struktur von Natriumhydroxid

Solche Wechselwirkungen sind ungerichtet, so dass die Anziehungskräfte eines Na ⁺ OH ^- Ionenpaars in einer bestimmten Entfernung die anderer beeinflussen können. Das Ergebnis ist, dass sich die Na ⁺ -Ionen wie die OH ^- -Ionen gegenseitig abstoßen , bis sie einen Kristall mit minimaler Energie definieren, in dem sie eine geordnete und periodische (kristalline) Struktur aufbauen.

Daher erscheinen die orthorhombischen Kristalle von wasserfreiem NaOH (ohne Wasser):

Darstellung der Kristallstruktur von wasserfreiem Natriumhydroxid. Quelle: Quibik über Wikipedia.

Die Ionen bleiben ausreichend kohäsiv, so dass der wasserfreie NaOH-Kristall bei 323 ° C schmilzt (solange keine Feuchtigkeit in der Umgebung vorhanden ist).

Hydrate

Sowohl Na ⁺ als auch OH ^- sind Ionen, die von Wassermolekülen leicht solvatisiert (hydratisiert) werden. Dies begünstigt seine Hydratation über die retikuläre Energie seiner Kristalle hinaus, weshalb NaOH viel Energie freisetzt, wenn es mit Wasser in Kontakt kommt.

Wasserfreie Kristalle können jedoch ungelöste Wassermoleküle enthalten; Das heißt, Natriumhydroxid kann zahlreiche Hydrate bilden, NaOH · nH ₂ O. Das Wassermolekül kann entweder eine Wasserstoffbrücke mit OH ^- (HOH-OH ^- ) bilden oder mit Na ⁺ (Na ⁺ - koordinieren. OH ₂ ).

Abhängig vom Molverhältnis zwischen NaOH und H ₂ O können Monohydrate (NaOH · H ₂ O), Dihydrate (NaOH · 2H ₂ O), Trihemidrate (NaOH · 3,5H ₂ O), Tetrahydrate (NaOH · 4H ₂ O) entstehen , Heptahydrate (NaOH · 7H ₂ O) und andere.

Jedes dieser Hydrate kann aus einer wässrigen NaOH-Lösung mit unterschiedlichen Massenprozentsätzen und bei unterschiedlichen Temperaturen kristallisieren. Folglich zeigt NaOH ein kompliziertes Wasserlöslichkeitsdiagramm.

Im Allgemeinen sind die Hydratkristalle weniger dicht und haben niedrigere Schmelzpunkte. Dies liegt an der Tatsache, dass die Wassermoleküle die Wechselwirkungen zwischen Na ⁺ und OH ^- „behindern“ und Dipol-Dipol-Kräfte beim Opfer ionischer Anziehungskräfte hinzufügen.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Namen

IUPAC bevorzugter Name: Natriumhydroxid. Andere Namen: Ätznatron, Ascarit (seltener)

Molmasse

39,9971 g / mol

Aussehen

Weißer, seröser oder undurchsichtiger Feststoff oder Kristalle.

Schmelzpunkt

323 ºC

Siedepunkt

1.388 ºC

Wasserlöslichkeit

1.000 g / l bei einer Temperatur von 25 ° C. Dies zeigt, wie viel es sich in Wasser lösen kann.

Ihre wässrigen Lösungen sind viskos mit einem Viskositätswert, der etwa achtzigmal so hoch ist wie der von Wasser, und sie geben zunächst viel Wärme ab. Wenn Sie Kontakt mit ihnen haben, machen sie die Haut aufgrund der Verseifung der Fettsäuren in der Haut rutschig.

Basizität (pKb)

- 0,56

pH

Eine 5% w / w-Lösung in Wasser hat einen pH-Wert nahe 14

Brechungsindex (nD)

Bei einer Wellenlänge von 580,4 nm: 1.433 bei 320 ° C und 1.421 bei 420 ° C.

Stabilität

Behälter, die es enthalten, müssen hermetisch verschlossen sein, um die Bildung von Natriumcarbonat zu verhindern. Dies ist auf seine hohe Hygroskopizität zurückzuführen, die dazu führt, dass es Feuchtigkeit aus seiner Umgebung und seinen CO ₂ -Gehalt aufnimmt .

Zersetzung

Beim Erhitzen zur Zersetzung entsteht Natriumoxidrauch.

Selbstentzündungspunkt

Nicht brennbar

Viskosität

4,0 cPoise bei 350 ° C.

Verdampfungswärme

175 kJ / mol bei 1.388 ºC

Oberflächenspannung

74,35 Dyn / cm in einer Lösung mit 2,72 Gew .-% in Wasser bei 18 ° C.

Reaktivität

Mit Säuren

Reagiert mit organischen und anorganischen Mineralsäuren unter Bildung von Wasser und dem entsprechenden Salz. Im Fall von Schwefelsäure ist die Reaktion exotherm.

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

Mit sauren Oxiden

Reagiert zum Beispiel mit Schwefeldioxid und ergibt ein Sulfitsalz von und Wasser:

2 NaOH + SO ₂ => Na ₂ SO ₃ + H ₂ O.

Mit Metallen

Seine wässrigen Lösungen reagieren mit einigen Metallen unter Bildung komplexer Natriumsalze. Beispielsweise führt seine Reaktion mit Zink zu einem Natriumzinkat:

Zn + 2 NaOH + 2 H ₂ O => Na ₂ + H ₂

Synthese

Natriumhydroxid wird hauptsächlich nach zwei Methoden synthetisiert: der Verwendung von ursprünglich verwendetem Natriumcarbonat und der Elektrolyse von Natriumchlorid, das derzeit in größerem industriellen Einsatz ist.

Reaktion von Natriumcarbonat und Calciumhydroxid

Natriumcarbonat reagiert mit Calciumhydroxid in einem als Ätzung bekannten Prozess:

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

Das Calciumcarbonat fällt aus und hinterlässt das Natriumhydroxid im Überstand, der durch Verdampfung konzentriert wird.

Natriumcarbonat stammt zuvor aus dem Solvay-Verfahren:

2 NaCl + CaCO ₃ => Na ₂ CO ₃ + CaCl ₂

Elektrolyse von Natriumchlorid

Die Elektrolyse von Natriumchlorid, das in der Salzlösung vorhanden ist, erzeugt Wasserstoffgas, Chloridgas und Natriumhydroxid in wässriger Lösung:

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

Die Elektrolytkammer besteht aus einem Fach, das die Anode (+) aus Titanmetall enthält, und einem Ort, an dem die Sole platziert ist. Dieses Fach ist durch eine poröse Membran vom Kathodenfach (-) getrennt.

Die folgende Reaktion findet an der Anode statt:

2 Cl ^- => Cl ₂ + 2 e ^- (Oxidation)

Währenddessen tritt diese Reaktion in der Kathode auf:

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

Natrium (Na ⁺ ) diffundiert vom Anodenraum zum Kathodenraum durch die Membran, die sie trennt, und bildet Natriumhydroxid.

Anwendungen

Reinigungsmittel

Natriumhydroxid wird zur Herstellung von Seifen und Reinigungsmitteln verwendet, die zu Hause und in der Wirtschaft verwendet werden. Die Kombination von Natriumhydroxid und Chlor erzeugt Chlorbleiche, die zum Waschen weißer Kleidung verwendet wird.

Es beseitigt auch die Ansammlung von Fett in den Abflüssen und bewirkt seine Beseitigung durch die Umwandlung in Seifen durch den Verseifungsprozess. Dies ermöglicht das Entfernen von verstopften Rohrleitungen aus Häusern und anderen Gebäuden.

Pharmazeutische und medizinische Produkte

Natriumhydroxid wird verwendet, um übliche Schmerzmittel wie Aspirin herzustellen. Auch von Arzneimitteln mit gerinnungshemmender Wirkung, die die Bildung von Blutgerinnseln blockieren, und von Arzneimitteln zur Verringerung der Hypercholesterinämie.

Energieprozesse

Natriumhydroxid wird bei der Herstellung von Brennstoffzellen verwendet, die wie Batterien funktionieren, um Strom für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich des Transports, zu erzeugen. Epoxidharze, die unter Einbeziehung von Natriumhydroxid hergestellt werden, werden in Windkraftanlagen verwendet.

Wasserversorgung

Natriumhydroxid wird verwendet, um den Säuregehalt des Wassers zu neutralisieren und zur Entfernung von Schwermetallen beizutragen. Es wird auch zur Herstellung von Natriumhypochlorit, einem Wasserdesinfektionsmittel, verwendet.

Natriumhydroxid wird mit Aluminiumsulfat zu Aluminiumhydroxid umgesetzt: einem Flockungsmittel, das in Wasseraufbereitungsanlagen verwendet wird, um die Sedimentation von Partikeln zu erhöhen und deren Klärung zu bewirken.

Papierherstellung

Natriumhydroxid wird zusammen mit Natriumsulfid bei der Behandlung von Holz verwendet, um Cellulose in nahezu reiner Form zu erhalten, die die Basis für Papier bildet. Es wird auch beim Recycling von Papier verwendet, da es durch die Trennung der Tinte wieder verwendet werden kann.

Industrielle Fertigung

Natriumhydroxid wird zur Herstellung von Rayon, Spandex, Sprengstoffen, Epoxidharzen, Glas und Keramik verwendet. Es wird in der Textilindustrie zur Herstellung von Farbstoffen und zur Verarbeitung von Baumwollgeweben verwendet.

In Zuckerrohrbehandlungsanlagen wird Natriumhydroxid bei niedriger Temperatur zur Herstellung von Ethanol aus Zuckerrohrbagasse verwendet.

Risiken

Natriumhydroxid ist eine stark ätzende Verbindung und kann durch Hautkontakt Verbrennungen, Blasen und sogar bleibende Narben verursachen.

Bei Kontakt mit den Augen kann es zu schweren Verbrennungen, Schwellungen, Schmerzen, Sehstörungen und in schweren Fällen zu dauerhafter Blindheit kommen.

Das Verschlucken von Natriumhydroxid kann zu Verbrennungen an Lippen, Zunge, Hals, Speiseröhre und Magen führen. Zu den üblichen Symptomen zählen Übelkeit, Erbrechen, Magenkrämpfe und Durchfall.

Obwohl das Einatmen von Natriumhydroxid selten ist und nur durch das Vorhandensein von Staub der Verbindung in der Luft oder durch die Bildung eines Nebels, der es enthält, erfolgen kann, führt es zu Reizungen in der Lunge.

Bei chronischer Exposition kann dies zu Lungenödemen und schwerer Atemnot führen, was ein medizinischer Notfall ist.

Verweise

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