Wodorotlenek sodu to związek chemiczny o wzorze sumarycznym NaOH. Ma strukturę liniową - taką jak pokazana na rysunku:

http://www.dami.pl/~chemia/gimnazjum/

Otrzymuje się go głównie w reakcji sodu z wodą:

2Na + H2O ® 2NaOH + H2

oraz w reakcji tlenku sodu z wodą:

Na2O + H2O ® 2NaOH

Przemysłowa nazwa wodorotlenku sodu to soda kaustyczna (soda żrąca). Jest to biała masa, o strukturze krystalicznej, topiąca się w temperaturze 318°C. Wodorotlenek sodu jest substancją silnie higroskopijną, przez co działa parząco i niszcząco na skórę. Dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworząc mocne zasady, oraz w alkoholach. W reakcji z dwutlenkiem węgla z atmosfery tworzy węglan. Stopiony NaOH reaguje ze szkłem, porcelaną i krzemionką, dlatego reakcje z nim przeprowadza się w naczyniach niklowych, żelaznych, srebrnych lub złotych. Platyna również nie może być stosowany, gdyż w kontakcie z wodorotlenkiem sodu ulega utlenianiu.

Na skalę przemysłową wodorotlenek sodu jest otrzymywany na drodze elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu. W wyniku reakcji na anodzie wydziela się chlor:

Cl- ® ½ Cl2 + e-

a na katodzie zobojętniają się jony hydroniowe:

H3O+ + e- ® H2O + ½ H2

Podczas elektrolizy ważne jest, aby chlor nie mieszał się z roztworem NaOH wokół katody. Prowadzi to do produktu ubocznego NaOCl. Jedną z metod jest metoda przeponowa, polegająca na oddzieleniu obszaru katody i anody porowatą membraną, przepuszczającą jedynie jony, a zatrzymującą pęcherzyki gazu. Przerwanie reakcji następuje przed rozłożeniem całej ilości NaCl. Następnie roztwór zostaje zagęszczony przez odparowanie. Ze względu na różnicę rozpuszczalności, najpierw wydziela się słabiej rozpuszczalny NaCl. Jednak nie da się to metodą otrzymać całkowicie czystego NaOH.

Inną metodą jest metoda rtęciowa, pozwalająca na otrzymanie czystego wodorotlenku sodu. Polega ona na wydzielaniu na katodzie rtęciowej amalgamatu sodu i rtęci, a następnie przeniesieniu go do zbiornika zawierającego czystą wodę, gdzie amalgamat reaguje dając wodorotlenek sodu. Podczas elektrolizy na katodzie rtęciowej nie wydziela się wodór, ponieważ do jego wydzielenia potrzebne jest przyłożenie odpowiednio wyższego napięcia (tzw. nadnapięcia) niż przy użyciu elektrod grafitowych czy żelaznych.

Zastosowanie wodorotlenku sodu.

Wodorotlenek sodu jest bardzo ważnym przemysłowo związkiem chemicznym, wykorzystywanym w wielu gałęziach przemysłu. Jest on surowcem w wielu procesach syntez, na przykład jonowych środków powierzchniowo czynnych (surfaktantów), jest stosowany w procesie zmydlania tłuszczów podczas produkcji mydeł, do wytwarzania leków (np. polopiryny, kwasu salicylowego czy sulfoniloamidów), do produkcji krzemionkowego szkła wodnego oraz w wielu innych dziedzinach, na przykład w procesach wytwarzania papieru celulozowego, bielenia i barwienia włókien sztucznych i naturalnych, rafinacji olejów i w innych procesach przemysłu petrochemicznego, przeróbce smoły węglowej (ubocznego produktu koksowania), produkcji syntetycznych barwników i lakierów, w mleczarstwie, piwowarstwie oraz innych gałęziach przemysłu spożywczego.

Główne zastosowania wodorotlenku sodu to:

  • przemysł chemiczny - podstawowy reagent i półprodukt w wielu ciągach produkcyjnych przemysłu chemicznego - ponad 40% (17 mln. ton) światowego zużycia ługu sodowego to przemysł chemiczny; wytwarzanie rozpuszczalników, tlenku propylenu, dwutlenku tytanu, chlorków przemysłowych, izocyjanianów; ważnym zastosowaniem wodorotlenku sodu jest także regulacja pH procesów i produktów, wytwarzanie anionowych półproduktów nukleofilowych do reakcji estryfikacji i eteryfikacji;
  • przemysł celulozowo - papierniczy - bardzo szeroko stosowany, po przemyśle chemicznym jedno z największych użyć wodorotlenku sodu - około 16% (7 mln. ton) światowego zużycia ługo sodowego; rozdrabnianie i wybielanie masy celulozowej pochodzącej z drzew iglastych - w procesie tym zużywa się ponad 120 kg NaOH na 1 tonę masy papierniczej; oczyszczanie ścieków;
  • przemysł petrochemiczny - używany zarówno do wydobywania, produkowania jak i przetwarzania najważniejszych surowców paliwowych - ropy naftowej i gazu ziemnego; ze względu na zasadowy odczyn, jest stosowany do usuwania z węglowodorów różnych substancji nadających im kwaśny odczyn a także neutralizacja gazów będących produktami ubocznymi procesów przetwórczych;
  • przemysł włókienniczy - wodorotlenek sodu jest tu stosowany do produkcji włókien wiskozowych, z czystej, rozdrobnionej celulozy - tzw. procesie merceryzacji; zużywane jest około 600 kg ługu sodowego na 1 t roztworu celulozy; główne produkty przemysłu włókienniczego z wykorzystaniem wodorotlenku sodu to:
  1. włókna wiskozowe - sztuczne włókna zbudowane z celulozy, o właściwościach podobnych do bawełny. Polimerem włóknotórczy (celuloza) jest pozyskiwana z miazgi drzewnej z drzew iglastych oraz bukowych; rola wodorotlenku sodu w procesie powstawania włókien wiskozowych polega na działanie na celulozę wraz z dwusiarczkiem węgla, prowadzące do powstania celulozoksantogenianu sodu, który rozpuszczony w rozcieńczonym wodorotlenku sodu tworzy płyn zwany wiskozą - substancję wyjściową do wytwarzania włókien. Kolejnym etapem procesu wytwarzania jest przetłoczenie wiskozy przez otworki dyszy przędzalniczej i przeprowadzenie jej do tak zwanej kąpieli koagulacyjnej, w której z celulozoksantogenianu sodu, pod wpływem kwasu siarkowego, regeneruje się celuloza tworząc włókna tzw. celulozy regenerowanej. Kąpiel koagulacyjna jest najistotniejszym etapem produkcji, przez zmianę jej składu można modyfikować zarówno mechaniczne, jak i inne właściwości włókien wiskozowych. Otrzymuje się w ten sposób włókna ciągłe oraz włókna cięte (argona, merona), o właściwościach podobnych do bawełny, a także jedwab wiskozowy, o właściwościach podobnych do naturalnego jedwabiu;
  2. jedwab sztuczny wiskozowy - sztuczny jedwab oparty na włóknach celulozowych, otrzymywany jest podobnie jak włókna wiskozowe - z roztworu rozdrobnionej za pomocą wodorotlenku sodu celulozy drzewnej - celulozoksantogenianu sodu; produkcja jedwabiu wiskozowego różni się od produkcji zwykłych włókien wiskozowych na etapie kąpieli koaulacyjnej - teraz włókna celulozowe znacznie dłużej pozostają w kąpieli, a dodatkowo do roztworu dodaje się różne substancje opóźniające szybkość regeneracji celulozy. Jedwab wiskozowy jest bardzo podobny do jedwabiu naturalnego, a jednocześnie jest znacznie trwalszy i tańszy. Jest także trwalszy niż włókna wiskozowe cięte, odporny na działanie kwasów i zasad;
  • przemysł mydlarski i detergentów:

a. wodorotlenek sodu jest niezbędnym składnikiem w procesie wytwarzania mydeł, zwanym zmydlaniem tłuszczów (glicerydów kwasów tłuszczowych). Prowadzi on do powstania soli sodowych kwasów tłuszczowych (mydeł) i gliceryny na drodze reakcji: tłuszcz + zasada sodowa ®mydło + gliceryna. Jako tłuszczu używa się zazwyczaj łoju, oleju kokosowego oraz lub palmowego - glicerydów wyższych kwasów tłuszczowych: stearynowego, palmitynowego oraz oleinowego. Proces zmydlania odbywa się w podwyższonej temperaturze, a produkt po ochłodzeniu i osuszeniu jest gotowy do użycia. Mydła wytwarzane w ten sposób są nazywane mydłami szarymi, i znane są już od czasów starożytności - przypadkowo zostały odkryte, gdy spalony tłuszcz zmieszał się z wodą, popiołem i gliną. Pierwsze zakłady produkujące mydło powstały w XIII wieku. Jeszcze niedawno ludzie wytwarzali mydło sami, domowym sposobem, z sody kaustycznej kupowanej w aptekach a następnie gotowanej wraz z łojem zwierzęcym i zlewanej do foremek. Współcześnie stosowane mydła - toaletowe - są wytwarzane na tej samej zasadzie, z tym, że w procesie produkcji dodaje się do nich różne substancje zapachowe, nawilżające i barwiące. Obecnie produkuje się również mydła lecznicze - z dodatkiem siarki (mydła dezynfekujące, stosowane w chorobach skóry, zalecane szczególnie osobom mającym problemy z tłustą cerą; mydło siarkowe ma jednak wadę - powoduje niszczenie srebrnej biżuterii, gdyż osadza się na niej czarny siarczek srebra) oraz z dodatkiem wyciągów z ziół - o właściwościach takich, jakie posiadają zawarte w nich zioła. Mydło jest bardzo pomocne w utrzymywaniu codziennej higieny, jednak ma swoje wady - jego odczyn w roztworach wodnych jest zasadowy, podczas gdy odczyn skóry jest lekko kwaśny. Niedokładne spłukiwanie mydła może powodować zmianę odczynu skóry i rozwój różnego rodzaju grzybic. Obecnie są dostępne syntetyczne detergenty o lekko kwaśnym odczynie (pH 5,5), których stosowanie nie zmienia właściwości skóry;

b. produkcja detergentów (środków piorących i mydlących nie zawierających mydła) - tworzenie fosforanu sodowego, bezpośrednio używanego w proszkach i płynach do prania, neutralizacja organicznych kwasów sulfonowych;

  • gospodarka komunalna - użycie rozcieńczonego ługu sodowego do regeneracji jonitów, stosowanych w procesach demineralizacji wody;
  • przemysł górniczy i wydobywczy -10% roztwór wodny wodorotlenku sodu stosowany jest do podnoszenia pH oraz neutralizacji siarkowodoru w płuczkach wiertniczych (około 1 - 3 kg/m3). Jest także stosowany do równomiernego rozprowadzania bentonitu w wodzie;
  • inne:
  1. produkcja barwników - związków chemicznych silnie absorbujących promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym, mogących trwale łączyć się z materiałem barwionym. Barwniki stosuje się w przemyśle włókienniczym (naturalnym i syntetycznym), do barwienia tworzyw sztucznych, skóry, papieru, żywności i wielu innych. Stosowane w przemyśle włókienniczym barwniki muszą być bardzo trwałe, odporne na działanie światła, potu i związków chemicznych stosowanych w środkach piorących i czyszczących oraz na temperaturę (prasowanie). Muszą być również obojętne dla skóry, gdyż wiele części garderoby ma z nią bezpośredni kontakt. Barwniki dzieli się, zależnie od budowy ich cząsteczek, na karbocykliczne (zawierające w pierścieniach jedynie atomy węgla) i heterocykliczne (z atomami węgla podstawionymi innymi atomami). Wśród nich, w zależności od rodzaju obecnego chromoforu (centrum absorbującego promieniowanie) wyróżniamy (karbocykliczne) azowe, nitrowe, nitrozowe, triarylometanowe, benzochinonowe, naftochinonowe, antrachinonowe, chinoiminowe oraz (heterocykliczne) indygoidowe, tioindygowe, ksantenowe, oksazynowe, akrydynowe, azynowe, tiazynowe, ftalocyjaninowe, cyjaninowe itp.
  2. produkcja szkła wodnego - wodnego roztworu krzemianu sodu (szkła wodne sodowe) lub potasu (szkła wodne potasowe), otrzymywanego przez stapianie krzemionki (piasku kwarcowego) z węglanem sodu lub potasu i ogrzewanie roztworu wodnego powstałego szklistego krzemianu. Zastosowania: impregnacja przeciwogniowa drewna, papy oraz tkanin, sklejanie szkła i porcelany, wytwarzanie kitu i farb ognioochronnych, konserwacja jaj itp.
  3. metalurgia, produkcja tlenku glinu (aluminium);
  4. produkcja i synteza wielu związków organicznych i nieorganicznych;
  5. produkcja środków zmiękczających powłoki lakierowe;
  6. produkcja wywoływaczy emulsji pozytywowych (POSITIV20), stosowanych do wykonywania obwodów drukowanych