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氫氧化鈉
鈉的強堿
氫氧化鈉（英文名稱：Sodium Hydroxide），稱燒堿、火堿、苛性鈉、固堿等，無機化合物，是一種高腐蝕性的強堿，化學(xué)式為NaOH，摩爾質(zhì)量為39.997g/mol，密度為2.1g/cm。常溫常壓下為無色透明晶體，工業(yè)品中因摻雜有少量氯化鈉和碳酸鈉而呈現(xiàn)白色，形態(tài)無規(guī)則，有塊狀、片狀、棒狀、粒狀等幾種，極易溶于水，遇水和水蒸氣大量放熱，并成為腐蝕性液體。除此之外，氫氧化鈉易溶于甲醇、乙醇和甘油，不溶于丙醇等溶劑。氫氧化鈉易與酸反應(yīng)，與酯類物質(zhì)發(fā)生皂化反應(yīng)用來生產(chǎn)肥皂。工業(yè)上常用純堿石灰法、天然堿石灰法、苛化法等方法制備氫氧化鈉。氫氧化鈉廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化學(xué)、洗滌、紡織、造紙、煉鋁、凈水等領(lǐng)域。
基本信息
中文名
氫氧化鈉
英文名
Sodium Hydroxide
別名
燒堿、火堿、苛性鈉、固堿
CAS號
1310-73-2
性質(zhì)
化學(xué)式
NaOH
結(jié)構(gòu)式
Na-OH
摩爾質(zhì)量
39.997g/mol
外觀
白色易潮解固體，有塊狀、片狀、棒狀、粒狀等幾種
氣味
無味
密度
2.1g/cm
熔點
318℃
沸點
1388℃
溶解性
極易溶于水，易溶于甲醇、乙醇和甘油；不溶于丙酮、乙醚和苯等溶劑
黏度
4℃時為 0.350cP
危險性
NFPA 704
相關(guān)歷史
氫氧化鈉不存在于自然界，但可從易得的原料大規(guī)模地制造，并有廣泛的用途。氫氧化鈉溶液是最古老的人造化學(xué)品之一，古代就已經(jīng)知道用碳酸鈉與煅燒過的石灰石在水溶液中的反應(yīng)制備氫氧化鈉。當時的煉金術(shù)士們發(fā)現(xiàn)，將石灰和草木灰或碳酸鈉混合會增強草木灰或碳酸鈉的堿性，這種操作最終導(dǎo)致苛性蘇打（即氫氧化鈉）的發(fā)現(xiàn)。在中世紀，苛性蘇打被視為一種比蘇打或鉀堿更為烈性的堿液，是由蘇打和生石灰（氫氧化鈣）制成的，有助于從天然來源中提取染料。到公元800年時，通過在苛性蘇打中煮沸脂肪或植物油制備硬皂似乎已廣泛應(yīng)用于整個歐洲。
19世紀初，人們發(fā)現(xiàn)食鹽水電解可生成氫氧化鈉堿液。1833年確立了電解過程的基本定律（法拉第定律）。1884年開始在工業(yè)上采用石灰乳苛化純堿溶液的方法制備氫氧化鈉。1888年隔膜法電解食鹽水生產(chǎn)燒堿和氯氣在工業(yè)上實現(xiàn)。1892年汞電解槽在工業(yè)上應(yīng)用。1968年金屬陽極代替石墨陰極用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。1975年離子交換膜氯堿電解槽投入工業(yè)運轉(zhuǎn)。1979年應(yīng)用于宇宙飛船的燃料電池固體聚合物電解質(zhì)SPE試驗性地應(yīng)用于鹽水電解制燒堿和氯氣。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
氫氧化鈉為無色透明的晶體，其水溶液有澀味和滑膩感。無味，摩爾質(zhì)量為39.779g/mol，密度為2.1g/cm，沸點為1388℃，熔點為318℃。工業(yè)品級氫氧化鈉，因摻雜有少量的氯化鈉、碳酸鈉等物質(zhì)而呈現(xiàn)白色。易潮解，形態(tài)不規(guī)則，有塊狀、片狀、棒狀、粒狀等幾種。氫氧化鈉易吸取空氣中的水蒸氣，從而發(fā)生潮解。極易溶于水且溶解度隨溫度的升高而增大，溶解后放出大量熱量并形成堿性溶液，在20°C的水中的溶解度為1.09 g/100ml；易溶于甲醇、乙醇和甘油，不溶于丙酮、乙醚和苯等溶劑。氫氧化鈉的粘度為4.0 cP（350 °C），蒸氣壓約為0 mm Hg，汽化熱為175 kJ/mol。
化學(xué)性質(zhì)
中和反應(yīng)
與氧化物反應(yīng)
氫氧化鈉易吸收空氣中的二氧化碳變?yōu)樘妓徕c，反應(yīng)方程式如下：
與酸性氣體反應(yīng)
與單質(zhì)反應(yīng)
氫氧化鈉可以與多種單質(zhì)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，向氫氧化鈉溶液中通入鹵素單質(zhì)，在較低的溫度下反應(yīng)生成鹵化鈉和次鹵酸鈉（次鹵鹽不穩(wěn)定）；加熱后反應(yīng)生成鹵化鈉和鹵酸鈉（鹵酸鹽比較穩(wěn)定）。
與兩性物質(zhì)反應(yīng)
與金屬離子反應(yīng)
與有機化合物的反應(yīng)
鹵代烴與氫氧化鈉反應(yīng)時，可以發(fā)生水解反應(yīng)，此反應(yīng)可以用于合成相應(yīng)的醇類物質(zhì)；另外，將鹵代烴在氫氧化鈉的醇溶液中加熱，可以發(fā)生消去反應(yīng)，從而生成相應(yīng)的烯烴，兩種反應(yīng)方程式如下：
生成醇的反應(yīng)：
生成烯烴的反應(yīng)：
應(yīng)用領(lǐng)域
醫(yī)藥
氫氧化鈉可以用作消毒藥品。配成1%或2%的燒堿水溶液，用作食品工業(yè)的消毒藥品，還可以對被油垢或濃糖液沾污的工具、機械、及車間等進行消毒。
食品
在食品加工中，氫氧化鈉可以作為酸的中和劑，也可以用于水果的堿液去皮。去皮所用氫氧化鈉溶液的濃度因水果品種而有一定的差異。如在生產(chǎn)全去囊衣糖水橘子罐頭時，用濃度為0.8%的氫氧化鈉溶液；如生產(chǎn)糖水桃時，用濃度為13%~16%的氫氧化鈉溶液。中國《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB2760―2014）規(guī)定，氫氧化鈉可用作食品工業(yè)用加工助劑，殘留量無須限定。
無機化學(xué)領(lǐng)域
氫氧化鈉屬于具有強堿性的化工原料，廣泛應(yīng)用于各種無機鈉鹽（如磷酸鈉、亞硫酸鈉）和重金屬氫氧化物的制備、電鍍液的配制、礦石的堿性浸提（如在氰化法提取黃金時減少化學(xué)損耗）、酸性廢氣（如用于磺化反應(yīng)后對過剩的發(fā)煙硫酸進行中和）和各種反應(yīng)溶液pH值的調(diào)節(jié)等。此外，制金屬鈉、水的電解、硼砂、鉻鹽等無機鹽的生產(chǎn)和制取也要使用大量的氫氧化鈉。
有機化學(xué)化工領(lǐng)域
在有機化學(xué)工業(yè)中，氫氧化鈉可用來作為皂化反應(yīng)的原料。較多的有機物在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)可得到親核的陰離子中間體。此外，氫氧化鈉還可對與含鹵化合物進行脫鹵化氫的消除反應(yīng)、以堿熔法生產(chǎn)羥基化合物、與有機堿的鹽類反應(yīng)生產(chǎn)游離堿、作為堿性催化劑催化較多的有機化學(xué)反應(yīng)等。
洗滌用品工業(yè)
氫氧化鈉可與有機物進行皂化反應(yīng)，生成的油脂可用于制造肥皂，與烷基芳烴磺酸反應(yīng)生產(chǎn)洗滌劑的活性組分。另外氫氧化鈉還可以用來生產(chǎn)作為洗滌劑組分的磷酸鈉鹽，常用的含十二烷基苯磺酸鈉等成分的洗衣粉也是由大量的氫氧化鈉制造出來的。
紡織工業(yè)
自來水及水處理工業(yè)
自來水廠使用氫氧化鈉溶液再生離子交換劑，用來供飲水凈化和廢水處理。在污水處理工業(yè)，由于存在酸性物質(zhì)導(dǎo)致水的硬度較高的問題，通過加入氫氧化鈉，可以用于降低酸性物質(zhì)的含量。因氫氧化鈉的用量控制比較方便，因此在水處理領(lǐng)域，該方法較為常用。
其他
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
氫氧化鈉晶體結(jié)構(gòu)有正交晶系、單斜晶系、三方晶系和四方晶系。其中，正交晶系的NaOH晶體的空間群有兩種：Cmcm和Pbcm。
當空間群為Cmcm時，晶體為二維結(jié)構(gòu)。每個鈉離子與五個氧離子結(jié)合，形成了一個邊角共享的
正交晶系的氫氧化鈉（空間群為Cmcm）
當空間群為Pbcm時，晶體為三維結(jié)構(gòu)。每個鈉離子與四個氫離子和六個氧離子結(jié)合，形成兩個較短Na–H鍵（2.37 ?）和兩個較長的Na–H鍵（2.39 ?），而Na–O鍵間距的范圍在2.32–2.53 ?之間。氧離子以單鍵的方式與六個等價的鈉離子和一個氫離子鍵合。此晶體結(jié)構(gòu)中，a=3.13 ?、b=5.87 ?、c=6.10 ?、α=90.00o、β=90.00o、?=90.00o。其晶體體積為111.96 ?3，形成能為-1.540 eV/atom，能隙為3.31 eV。晶體密度為2.37 g·cm?3。
正交晶系的氫氧化鈉（空間群為Pbcm）
單斜晶系的NaOH晶體的空間群為P2?/m，晶體為二維結(jié)構(gòu)。每個鈉離子與五個氧離子結(jié)合，形成了一個扭曲的邊角共享的NaO?方形金字塔，Na–O鍵間距的范圍在2.27–2.42 ?之間。氫離子與氧離子結(jié)合方式與正交晶系相同且氫鍵長度一致。此晶體結(jié)構(gòu)中，a=3.38 ?、b=3.37 ?、c=5.61 ?、α=90.00o、β=106.10o、?=90.00o。其晶體體積為61.36 ?3，形成能為-1.550 eV/atom，能隙為2.82 eV。晶體密度為2.16 g·cm?3。
單斜晶系的氫氧化鈉
制備方法
實驗室制備氫氧化鈉
Na2O的制備：
NaOH的制備：
鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，該反應(yīng)因反應(yīng)劇烈以及有氫氣的存在，可能存在安全隱患，因此可選擇將熔化的鈉和除去了氧氣的水蒸氣以霧狀的形式進行，可以規(guī)避相應(yīng)的風險。反應(yīng)方程數(shù)如下：
純堿石灰法
上述溶液中的碳酸鈣等不溶物經(jīng)過濾后，濾液蒸發(fā)濃縮至40%以上，可以制得液體氫氧化鈉。將濃縮液進一步熬干固化，便可得到固體氫氧化鈉。
氯化鈉溶液電解法
原鹽（食鹽）經(jīng)除雜后，加熱至一定溫度進行電解，然后所得電解液經(jīng)預(yù)熱、蒸發(fā)、分鹽、冷卻得到濃堿液（液體氫氧化鈉），進一步熬濃得到固體氫氧化鈉。由于此方法的副產(chǎn)物為氫氣和氯氣，因此電解法生產(chǎn)燒堿又稱為氯堿工業(yè)，現(xiàn)代氯堿生產(chǎn)中，電解效率一般為95%~97%。該方法的主要化學(xué)式如下：
關(guān)于此法有隔膜電解法和離子交換電解法兩種工藝，其中，隔膜電解法是制備氫氧化鈉最常用的方法之一。該法是利用多孔滲透性的隔膜材料為膜層，將陽極產(chǎn)生的與陰極產(chǎn)生的分開。此法生產(chǎn)強度小、氫氧化鈉純度低、對環(huán)境污染大。
水銀電解法
原鹽（食鹽）經(jīng)過除雜后，進行預(yù)熱，然后送入水銀電解槽，進行電解。電解槽分為電解室和解汞室兩部分，原鹽中的鈉離子與水銀結(jié)合成鈉汞齊，流入解汞室。鈉汞齊與端部加入的清水反應(yīng)生成氫氧化鈉和水銀，水銀又返回到電解室循環(huán)使用。從解汞室流出的氫氧化鈉濃度約為45%~50%，可以直接用作商品液堿，也可以熬濃得到固體氫氧化鈉。
水銀電解法工藝流程圖
安全事宜
安全標識
象形圖 |  腐蝕劑 |
GHS分類
GHS | 危險說明 | 危險等級 |
H314 | 造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷 | 皮膚腐蝕/刺激 |
毒理學(xué)資料
小鼠腹腔注射LD50為40mg/kg。
FAO（聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織 Food and Agriculture Organization of the United Nations ）/WHO（世界衛(wèi)生組織 World Health Organization）對ADI（每日允許攝入量 Acceptable Daily Intake）不做限制性規(guī)定（1994）。
FDA（食品藥品監(jiān)督管理局 Food and Drug Administration）將其列為一般公認安全物質(zhì)（GRAS:FDA-21CFR171.310,FDA-21CFR184.1763）。
氫氧化鈉屬于劇毒物質(zhì)，1.95g可致死。
相關(guān)法規(guī)
泄露處理
少量泄露：用潔凈的鏟子收集于干燥、潔凈、帶蓋的容器中。也可用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。
大量泄漏：收集回收或運至廢物處理場所處置。
健康相關(guān)
氫氧化鈉粉塵會刺激眼和呼吸道，腐蝕鼻中隔；皮膚和眼直接接觸可引起灼傷；誤服可造成消化道灼傷，黏膜糜爛、出血和休克。
急救措施
吸入：立即將人移至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，進行人工呼吸，就醫(yī)。
儲存運輸
由于氫氧化鈉易吸收空氣中的水分導(dǎo)致潮解，且對紙張、絲棉織物和玻璃等都有腐蝕性，因此，氫氧化鈉宜密閉儲存于不受腐蝕的容器中。盛放氫氧化鈉溶液的容器不可以用玻璃瓶塞，因為氫氧化鈉會對玻璃制品中的成分進行腐蝕，與其生成的硅酸鈉使得玻璃容器中的活塞黏著于容器上，不易分離。而且熱的氫氧化鈉也會導(dǎo)致玻璃容器的損壞，因此不可長時間存放于玻璃容器中。
將氫氧化鈉儲存于不漏水的容器內(nèi)，放置于干凈、陰涼的地方，與工作場所和禁忌物隔離。儲存地方應(yīng)有單獨的通風設(shè)備。固體片堿、粒堿的包裝、裝卸時要輕裝輕放，以防散包而危害人體，與此同時，氫氧化鈉外包裝容器應(yīng)該有明顯“腐蝕性物質(zhì)”標志。
鐵路運輸過程中，使用鋼桶包裝的氫氧化鈉可用敞車運輸（但運輸氫氧化鈉時應(yīng)防潮防雨）。運輸過程不應(yīng)超載，確保存放容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞，容器破損可用錫焊修補。同時，氫氧化鈉不可與易燃物、可燃物、酸類物質(zhì)、食用化學(xué)品等混裝混運。為了避免意外情況發(fā)生，運輸時運輸車輛應(yīng)配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
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作者
