هیدروکسید سدیم

سدیم هیدروکسید
Preferred IUPAC name Sodium hydroxide
نام‌گذاری اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی Sodium oxidanide
دیگر نام‌ها Caustic soda Lye
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۱۳۱۰-۷۳-۲
پاب‌کم	۱۴۷۹۸
کم‌اسپایدر	۱۴۱۱۴
UNII	55X04QC32I زبان
شمارهٔ ئی‌سی	215-185-5
شمارهٔ یواِن	1823
KEGG	D01169
MeSH	Sodium+Hydroxide
ChEBI	CHEBI:32145
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	WB4900000
مرجع جی‌ملین	68430
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES
InChI
خصوصیات
فرمول مولکولی	NaOH
جرم مولی	39.9971 g mol-1
شکل ظاهری	White waxy opaque crystals
چگالی	2.13 g cm−3
دمای ذوب	۳۱۸ درجه سلسیوس (۶۰۴ درجه فارنهایت؛ ۵۹۱ کلوین)
دمای جوش	‎1388 °C, 1661 K, 2530 °F
انحلال‌پذیری در آب	1110 g dm-3 (at 20 °C)
انحلال‌پذیری در methanol	238 g dm-3
انحلال‌پذیری در ethanol	<<139 g dm-3
فشار بخار	<2.4 kPa (at 20 °C)
اسیدی (pKa)	13
ضریب شکست (nD)	1.412
ترموشیمی
آنتروپی مولار استاندارد So298	64.46 J K-1 mol-1
آنتالپی استاندارد تشکیل ΔfHo298	-425.93 kJ mol-1
خطرات
MSDS	External MSDS
GHS pictograms
شاخص ئی‌یو	۰۱۱-۰۰۲-۰۰-۶
طبقه‌بندی ئی‌یو	C
کدهای ایمنی	R۳۵
شماره‌های نگهداری	(S1/2), S26, S37/39, S45
لوزی آتش	ALK
ترکیبات مرتبط
دیگر آنیون‌ها	سدیم هیدروسولفید
دیگر کاتیون‌ها	سزیم هیدروکسید Lithium hydroxide پتاسیم هیدروکسید روبیدیم هیدروکسید
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)

سدیم هیدروکسید (به انگلیسی: Sodium hydroxide) یا کاستیک سودا (به انگلیسی: Caustic Soda) یا سود سوزآور با فرمول شیمیایی NaOH که ترکیب معدنی جامد و سفیدرنگ با دمای ذوب ۳۱۸ درجه سانتی‌گراد و چگالی ۲٬۱۳ است. این ماده، به آسانی می‌تواند رطوبت و کربن دی‌اکسید موجود در هوا را جذب کند و به همین دلیل، لازم است هنگام حمل و نقل، تحت پوشش‌های حفاظتی لازم قرار گیرد. این ترکیب، در تماس با پوست، دارای اثر خورندگی است و برای جلوگیری از اثرات سوزانندگی آن، هنگام استفاده باید مورد توجه قرار گیرد.

همچنین هنگام اندازه‌گیری وزن دقیق این ماده شیمیایی باید این کار به سرعت و در محیطی خشک انجام شود تا در اثر جذب رطوبت هوا وزن سدیم هیدروکسید افزایش نیابد.

آبپوش‌های سدیم هیدروکسید شناخته شده‌اند ومحلول قلیایی قوی در آب پدیدمی‌آورد، یعنی در آب به‌طور کامل به یون‌های تشکیل دهنده‌اش (⁺Na و ^–OH) تفکیک می‌شود.

هیدروکسید سدیم جامد بیشتر به صورت‌های پرک (فلکس)، دانه‌ای و بلوک‌های قالبی برای فروش عرضه می‌شود.

تاریخچه

سدیم هیدروکسید در ابتدا توسط سازندگان صابون تولید می‌شد. دستورالعملی از ساخت سدیم هیدروکسید توسط دانشمند مسلمان قرن ۱۳ میلادی “المختاره” در کتاب “فی فنون من السنه” یافت شده‌است که توسط “المظفر یوسف ابن عمر ابن علی ابن رسول” پادشاه یمن گردآوری شده‌است. شیمی‌دان و باستان‌شناس انگلیسی “هنری ارنست استپالتون (۱۸۷۸–۱۹۶۲)” شواهدی ارائه داده‌است که محمد زکریای رازی سدیم هیدروکسید را می‌شناخته‌است این دستورالعمل شامل گذراندن پی در پی آب از درون مخلوطی از قلیا (که خاکستر علف شور saltwort بود) و آهک خام بود که به این روش سدیم هیدروکسید بدست می‌آمد. صابون سازان اروپایی همین دستورالعمل را پیروی می‌کردند.

خواص فیزیکی

سود پرک خالص کریستال جامد بی‌رنگی است که در ۳۱۸ درجه سانتی‌گراد بدون تجزیه شدن، ذوب خواهد شد. همچنین این سدیم هیدروکسید در ۱۳۸۸ درجه سانتی‌گراد به نقطه جوش خود خواهد رسید. لازم به ذکر است که نقطه ذوب و جوش سود پرک با توجه به درصد خلوص آن و ترکیب هیدراته آن بسیار تغییر خواهد کرد و متفاوت با اعداد بالا در مورد محصولات مختلف خواهد بود.

سود سوزآور به راحتی در آب حل می‌شود (با افزایش دما میزان انحلال در آب افزایش می‌یابد)، اما در حلال‌های قطبی مثل اتانول و متانول کمتر حل شده و در اتر و سایر حلال‌های غیر قطبی، حل نخواهد شد. که این امر نشان دهنده پیوند قوی بین سدیم و هیدروکسید است.

انحلال سودپرک در آب بسیار گرمازا است و مقدار زیادی از انرژی در اثر انحلال آزاد می‌شود و امکان پاشیدن آب به اطراف با شدت وجود دارد، لذا بهتر است، نکات ایمنی لازم جهت کار با سودپرک در کنار آب مثل دستکش مخصوص و ماسک در نظر گرفته شود. محصول حاصل معمولاً بی رنگ و بو است و اگر روی دست ریخته شود با چربی پوست واکنش داده و موجب سوختگی می‌شود، در صورت تماس با دست باید به سرعت با آب زیاد شستشو داده شود.

چگالی هیدروکسید سدیم ۲,۱۳ گرم بر سانتی متر مکعب در دمای اتاق (۲۵ درجه سانتی‌گراد) است و وزن مولکولی آن تقریباً ۴۰ گرم بر مول می‌باشد. سدیم هیدروکسید مایع ویسکوزیته‌ای بالا (۷۸ میلی پاسکال) و نزدیک به روغن دارد، این ویسکوزیته مانند دیگر مایعات با افزایش دما کاهش و با کاهش آن افزایش خواهد یافت.

هیدروکسید سدیم معمولاً به صورت هیدرات‌های چند آبه وجود دارد و دیاگرام پیچیده انحلال آن توسط اس.یو. پیکرینگ در سال ۱۸۹۳ به طور کامل شرح داده شده است. معمولاً در دمای کمتر از ۲۸ درجه سانتی‌گراد غلظت این هیدرات‌ها معمولاً تا چهار آبه بیشتر و در تری هیدرات تا منو هیدرات با کاهش دما، غلظت آن‌ها نیز کاهش می‌یابد. به طور مثال هیدروکسید سدیم ۷ آبه در این دما غلظتی برابر ۱۸,۸ درصد دارد که با کاهش این دما تا ۲۴ درجه سانتی‌گراد این غلظت به ۲۲ درصد خواهد رسید و منو هیدروکسید سدیم که پایدارترین هیدرات سود پرک است در ۱۲.۳ درجه سانتی گراد غلظتی برابر ۵۱ درصد و در ۶۲.۶۳ درجه سانتی‌گراد غلظتش ۷۳.۱ درصد خواهد بود هر چند با افزایش دما پس از آن غلظت منو هیدرات به تدریج کاهش خواهد یافت.

خواص شیمیایی

سودپرک با واکنش هر اسیدی، نمک و آب تولید می‌کند، این نوع واکنش‌ها بسیار گرمازا هستند و در فرایندهای تیتراسیون (نوعی آنالیز کمی شیمیایی) قابل استفاده است. هر چند از سود سوزآور نمی‌توان به علت ناپایداری آن در جذب دی اکسیدکربن از هوا به عنوان استانداردی اولیه (دقیق و قابل اعتماد) استفاده کرد.

سود سوزآور قابلیت خوبی برای واکنش با اکسیدها و فلزات دارد، که از این خاصیت می‌توان به عنوان مثال در حذف گازهای خطرناک ناشی از واکنش اسیدها مثل دی اکسید گوگرد استفاده کرد. همچنین برای ترسیب فلزات به صورت هیدروکسید از آب می‎توان از سودپرک استفاده نمود. خواص شیمیایی زیاد دیگری نیز برای هیدروکسید سدیم وجود دارد که توضیح آن از حوصله این مقاله خارج خواهد بود.

روش‌های تهیه

الکترولیز محلول سدیم کلرید

بیشترین مقدار هیدروکسید سدیم تولیدی، از طریق فرایند الکترولیز محلول‌های سدیم کلرید در یکی از انواع ظروف الکترولیتی بدست می‌آید. به عنوان نمونه، در فرایند پیل جیوه (کاستنر-کلنر Castner-Kellner)، از جریانی از جیوه به عنوان کاتد استفاده می‌شود و ملغمه سدیم حاصل با آب ترکیب می‌شود و تولید سدیم هیدروکسید می‌نماید و در فرایند دیگر به نام پیل دیافراگم، الکترولیت از آند به کاتد حرکت می‌کند و دیافراگم (از جنس پنبه کوهی یا سایر مواد غشایی)، فراورده‌های آند و کاتد را از هم جدا می‌سازد. در هر دو فرایند، علاوه بر سدیم هیدروکسید، گاز کلر و نیز گاز هیدروژن تولید می‌شود.

فرایند سودا-آهک

یک فرایند قدیمی‌تر برای تولید سود سوزآور، عبارت از فرایند سودا – آهک می‌باشد که در آن سودا اَش (کلسیم هیدروکسید)، در واکنش با سدیم کربنات به کاستیک سودا تبدیل می‌شود.

Ca(OH)_۲ + Na_۲CO_۳ → CaCO_۳ + ۲ NaOH

کاربردها

سدیم هیدروکسید، به عنوان یک باز قوی، یکی از مواد شیمیایی صنعتی بسیار مهم به‌شمار می‌رود. برای نمونه، تولید سود در سال ۱۹۸۰ در آمریکا، ۱۲ میلیون تن بوده‌است. تولید این ماده شیمیایی پایه؛ که در تولید تمامی انواع مواد شیمیایی به نحوی کاربرد دارد، از ۶۰۳۹۰ کیلوتن در سال ۲۰۱۲ به ۷۲۱۰۳ کیلوتن در سال ۲۰۱۶ افزایش یافت که میانگین رشد ۴٫۵۳ درصد است. چین بزرگترین تولیدکننده سود جهان است که ۴۵٫۵۵ درصد از سهم بازار در صنعت سدیم هیدروکسید را در سال ۲۰۱۶ داشت. در بازار مصرف، چین و آمریکای شمالی، اصلی‌ترین مصرف‌کننده‌های این ماده هستند که برآورد شده به ترتیب ۴۲٫۷۹٪ و ۲۰٫۲۹٪ در سال ۲۰۱۶ مصرف کرده‌اند.^[۷] زمینه‌های مختلف کاربرد سدیم هیدروکسید از جمله در تولید مواد شیمیایی، ابریشم مصنوعی، خمیر کاغذ و کاغذ، در تولید رنگ، آلومینیوم، مواد پتروشیمی و پارچه، صابون و مواد شوینده است.

همچنین در آزمایشگاه‌ها برای تعیین غلظت اسیدهای مجهول درتیتراسیون اسید- باز از محلول قلیایی سدیم هیدروکسید استاندارد استفاده می‌شود. در صنایع غذایی از این ماده جهت تلخی زدایی از زیتون استفاده می‌شود. سود سوزآور در دو نوع مایع و جامد در کارخانه‌ها تولید می‌شود. سود مایع با خلوص ۵۰ درصد و ۳۳ درصد در دسترس است.

کاربردهای سود کاستیک پرک (به انگلیسی: Caustic Soda Flakes) در صنعت بسیار وسیع است، صنایع مختلف با رویکردهای مختلف از این ماده استفاده می‌کنند. برخی از این صنایع عبارتند از:

• صنایع رنگرزی
• تولید کارتن و کاغذ
• صنایع چرم و نساجی
• صنایع نفت و گاز و پترو شیمی
• خنثی‌سازی اسید و باتری سازی
• چربی گیرها و سایر صنایع وابسته
• صنایع غذائی، صنایع شیر، کنسرو سازی
• نوشابه سازی، کارخانه قند و شکر، کارخانه روغن
• صنایع دارو سازی، الکل‌سازی و آرایشی و بهداشتی
• صنایع فلزی و تولید شیشه روی، آلومینیوم، گالوانیزه و آبکاری
• سود پرک کاربرد فراوانی در صنعت نفت و گاز دارد
• سود پرک کاربرد فراوانی در صنایع نظامی دارد.
• سود پرک برای صنایعی که با عوامل بیماری‌زا مواجه می‌شوند هم کاربرد دارد.
• سود پرک در صنعت پلیمر و پت هم مصرف فراوانی دارد لذا به عنوان چربی بر استفاده می‌شود.

آزمایش‌های آن

اگر سدیم هیدروکسید را با هیدروکلریک اسید مخلوط کنیم ماده‌ای به نام سدیم کلرید بوجود می‌آید. در طی این واکنش گاز هیدروژن نیز آزاد می‌شود. علاوه بر این واکنش، واکنشی نیز بین سدیم هیدروکسید و نیتریک اسید نیز وجود دارد که در طی این واکنش سدیم نیترات بوجود می‌آید. نحوه ساخت سدیم هیدروکسید نیز روش جالب و بسیار بسیار ساده‌ای است. این واکنش این چنین است که سدیم را درون آب می‌ریزیم در صورتی که مقدار سدیم زیاد باشد خطر آتش‌سوزی و انفجار نیز وجود دارد.

واکنش با فلزات

سدیم هیدروکسید در واکنش با فلز آلومینیوم گاز هیدروژن تولید می‌کند.

2Al + 2 NaOH + 6 H₂O → 2 NaAl(OH)₄ + 3 H₂

ایمنی

مانند دیگر اسیدهای خوراکی و قلیایی، تنها قطره ای از محلول سدیم هیدروکسید می‌تواند به راحتی پروتئین‌ها و چربی‌ها را در بافت‌های زنده از طریق هیدرولیز آمید و هیدرولیز استر تجزیه کند، که در نتیجه باعث سوختگی‌های شیمیایی می‌شود و ممکن است باعث ایجاد کوری دائمی در هنگام تماس با چشم شود. قلیای جامد آن همچنین می‌تواند در صورت وجود آب، مانند بخار آب، طبیعت خورنده خود را نشان دهد؛ بنابراین، هنگام استفاده از این مواد شیمیایی یا محلول‌های آن، همیشه باید از تجهیزات حفاظتی مانند دستکش‌های لاستیکی، لباس ایمنی و حفاظت چشم استفاده شود. اقدامات استاندارد اولیه برای شستشوی ماده قلیایی از روی پوست، مانند سایر مواد خورنده دیگر، شستشو با مقدار زیادی آب است. شستشو برای حداقل ۱۰ تا ۱۵ دقیقه باید ادامه یابد.

سلول‌های باتری لیتیومی، در صورت بلعیده شدن، حتی اگر خرد نشده باشد باعث آسیب جدی می‌شود. آسیب ناشی از محتویات باتری نیست، بلکه جریان الکتریکی ایجاد شده باعث ایجاد سدیم هیدروکسید می‌شود و مری و رگ‌های خونی را می‌سوزاند و می‌تواند منجر به خونریزی منجر به مرگ شود.

علاوه بر این، انحلال سدیم هیدروکسید بسیار گرمازاست و گرمای حاصل می‌تواند باعث سوختگی با گرما یا آتش گرفتن مواد آتشگیر شود. همچنین در هنگام واکنش با اسید، گرما تولید می‌کند.

سدیم هیدروکسید نسبت به شیشه نیز کمی خورنده است، که می‌تواند باعث آسیب به شفافیت آن شود یا باعث قفل شدن اتصالات شیشه ای در همدیگر شود. سدیم هیدروکسید نسبت به فلزات متعددی نیز خورنده است مانند: آلومینیوم با تماس با قلیا واکنش نشان می‌دهد و باعث تولید گاز هیدروژن قابل اشتعال در سطح تماس می‌شود.

2AL+ 6NaOH → 3 H₂ + 2 Na₃AlO₃

2Al + 2NaOH + 2H₂O → 3 H₂ + 2 NaAlO₂