Hydroxid sodný

Hydroxid sodný (starší názov lúh sodný, kaustická sóda; v potravinárstve ako E524), NaOH, patrí medzi najsilnejšie zásady. Je to silne hygroskopická, za normálnych podmienok biela pevná látka, leptajúca pokožku. Ide o anorganickú látku. Vo vodnom roztoku sa správa ako silná zásada. Pohlcuje oxid uhličitý zo vzduchu, čím vzniká uhličitan sodný, preto sa musí uchovávať v hermeticky uzavretých nádobách. Hydroxid sodný sa hojne používa v chemickom priemysle, hlavne ako zásada pri výrobe celulózy a papiera, textilu, pitnej vody, mydiel a detergentov.

Identifikácia 
Registračné číslo CAS – 1310-73-2

Indexové číslo – 011-002-00-6

UN kód – 1823

Vlastnosti 
Molárna hmotnosť – 39,997 g/mol

Teplota topenia – 318,4 °C

Teplota varu – 1 390 °C

Teplota zmeny kryštálovej modifikácie – 300 °C (α → β)

Hodnota pH: 14 (50 g/l, H2O, 20 °C)

Hustota – 2,120 g/ cm³ (25 °C)

Rozpustnosť – vo vode (113g/100ml, 25 °C; s teplotou sa zvyšuje), v alkohole

Rozpustnosť v iných rozpúšťadlách: Rozpustný v: etanol, Glycerol..

Tlak pary (pri 20 °C): <0,1 hPa

Oxidačné vlastnosti: nemá oxidačné vlastnosti

Kryštálová štruktúra 
kosoštvorcová (α) – hrany kr. mriežky a= 339,7 pm, b= 339,7 pm, c= 1 132 pm

kocková (β) – hrana kr. mriežky  a= 500 pm

kosoštvorcová (monohydrát)

jednoklonná (tetrahydrát)

Termodynamické vlastnosti 
Štandardná zlučovacia entalpia – ΔHf° = −426,7 kJ/mol

Entalpia topenia –  ΔHt = 178 J/g

Entalpia rozpúšťania –  ΔHrozp = −1 112,7 J/g

Štandardná molárna entropia – S° = 64,4 J K−1 mol−1

Štandardná zlučovacia Gibbsova energia – ΔGf°= −380,7 kJ/mol

Toxikologické údaje 
LD50 potkan – 1350 mg/kg

Zloženie látky 
Hydroxid sodný má úplne iónový charakter, skladá sa zo sodných katiónov a hydroxidových aniónov. Elektrónová konfigurácia katiónu sodného je 11Na+: 1s2 2s2 2p6.  Hydroxidový anión je zodpovedný za jeho silné zásadité vlastnosti. Kyslík a vodík sú v ňom viazané kovalentnou väzbou.

Látkové vlastnosti 
Vo vodnom roztoku sú ‚molekuly‘ hydroxidu sodného plne disociované na sodné katióny a hydroxidové anióny. Vzhľadom na to je veľmi silnou zásadou. Vodný roztok hydroxidu sodného (min. 49 %) je bezfarebná číra viskózna kvapalina, ktorá pri teplote pod 10 °C kryštalizuje. Bezvodý NaOH je biela kryštalická alebo amorfná látka. Dobre sa rozpúšťa vo vode, etanole a metanole, je nerozpustný v dietylétere. Pri rozpúšťaní sa uvoľňuje značné množstvo tepla (t. j. ide o exotermickú reakciu). V pevnom stave je vysoko hygroskopický, takže ponechaný na vzduchu sa rozteká na veľmi koncentrovaný roztok. Reaguje aj s oxidom uhličitým za vzniku uhličitanu sodného:

2 NaOH(s) + CO2(g)→ Na2CO3(s)+ H2O(l).

Táto vlastnosť bola využívaná v starších filtroventilačných jednotkách a systémoch s uzavretým kolobehom vzduchu k zachycovaniu oxidu uhličitého (dnes je nahradzovaný hydroxidom lítnym LiOH). 
Podobne reaguje aj s inými plynnými oxidmi, napr. oxid siričitý viaže ako siričitan sodný:

2 NaOH(aq) + SO2(g)→ Na2SO3(aq)+ H2O(l),

čo môže byť využité pri odstraňovaní tohto jedovatého plynu z ovzdušia. S oxidom kremičitým reaguje za vzniku rozpustného ortokremičitanu sodného:

4 NaOH(aq) + SiO2(s)→ Na4SiO4(s)+ 2 H2O(l).

Pretože sklo obsahuje značný podiel oxidu kremičitého, dlhým pôsobením koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného sa jeho povrch zmatní (to sa prejavuje hlavne pri sklenenej laboratórnej aparatúre, u ktorej môže dôjsť k ‚zamrznutiu‘ sklenených kohútikov, či zabrúsených spojov a sklenených zátok na zásobných nádobách s roztokom hydroxidu).
S kyselinami (pri neutralizácii) tvorí soli, napr. s kyselinou chlorovodíkovou vzniká chlorid sodný a voda:

NaOH(aq)  + HCl(aq)  → NaCl(aq)  + H2O(l).

S viacsýtnymi kyselinami tvorí podľa množstva normálne alebo kyslé soli (hydrogénsoli), napríklad s kyselinou sírovou vytvára najprv hydrogénsíran sodný, a po ďalšom pridaní hydroxidu síran sodný:

NaOH(aq)  + H2SO4(aq) → NaHSO4(aq) + H2O(l)

NaOH(aq)  + NaHSO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2O(l).

Podobne reaguje aj s organickými (karboxylovými) kyselinami, napr. s kyselinou octovou tvorí octan sodný:

NaOH(aq)  + CH3COOH(aq)  → CH3COONa(aq)  + H2O(l).

Túto neutralizačnú reakciu možno použiť ako núdzovú dekontamináciu pokožky, zasiahnutej roztokom NaOH.
Tvorí soli aj s tak slabými organickými kyselinami, ako sú fenoly; napr. s fenolom dáva fenolát sodný:

NaOH(aq) + C6H5-OH(l) → C6H5-ONa(aq) + H2O(l).

Železo, meď a väčšinu ušľachtilých kovov hydroxid sodný nerozpúšťa, zato s amfotérnymi kovmi reaguje za vzniku vodíka a tvorby solí. Kovový hliník sa v koncentrovanom roztoku NaOH rozpúšťa za vzniku tetrahydroxohlinitanu sodného:

2 Al(s) + 2 NaOH(aq) + 6H2O(l) → 3 H2(g) + 2 Na[Al(OH)4](aq).

Podobne reaguje so zinkom za vzniku tetrahydroxozinočnatanu sodného:

Zn(s) + 2 NaOH(aq) + 2H2O(l) → H2(g) + Na2[Zn(OH)4](aq).

Obe uvedené soli možno získať aj pôsobením nadbytku hydroxidu sodného na iné soli týchto kovov, napr.:

ZnCl2(aq) + 4 NaOH(aq) → 2 NaCl(aq) + Na2[Zn(OH)4](aq).

Hydroxid sodný reaguje aj s niektorými nekovmi. S kremíkom nám dáva ortokremičitan sodný:

Si(s) + 4 NaOH(aq) → Na4SiO4(s)+ 2 H2(g).

Priemyslovo dôležitou reakciou je pôsobenie hydroxidu sodného na estery organických kyselín, pri ktorých sa tieto organické zlúčeniny štiepia na alkoholy a voľné kyseliny, ktoré sa okamžite menia na ich sodné soli. Tento proces sa nazýva zmydelňovanie. Napr. pôsobením vodného roztoku NaOH na etylacetát získame etanol a octan sodný:

CH3CO–O–CH2CH3(l)+ NaOH(aq) → CH3COONa(aq) + CH3CH2OH(aq).

Zmydelňovanie esterov vyšších mastných kyselín, alebo aj tukov a olejov, je chemickou podstatou výroby mydla a glycerolu. 
Pôsobením na soli iných kovov dochádza k výmene iónov týchto kovov za sodík a k tvorbe hydroxidov. Napr. pôsobením NaOH na síran hlinitý získame hydroxid hlinitý:

6 NaOH(aq) + Al2(SO4)3(aq)→ 3 Na2SO4(aq) + 2 Al(OH)3(s),

používaný vo vodárstve k čereniu vody.

Príprava 
Hydroxid sodný vzniká búrlivou exotermickou reakciou sodíka s vodou za vzniku plynného vodíka; za prítomnosti vzdušného kyslíka vytvárajúci sa vodík vzplanie:

2 Na(s) + 2 H2O(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g).

Vzniká tiež rozpúšťaním oxidu sodného vo vode:

Na2O(s) + H2O(l) → 2 NaOH(aq).

V roztoku sa tiež uvoľňuje zo solí veľmi slabých kyselín – príkladom môže byť hydrolýza alkoholátov sodných, napr. etanolátu sodného:

CH3CH2Ona(s) + H2O(l) → CH3CH2OH(l) + NaOH(aq).

Vzniká tiež v katódovom priestore pri elektrolýze vodných roztokov sodných solí, predovšetkým chloridu sodného:

2 Na+(aq)+ 2 H2O(l) + 2 e- → H2(g)+ 2 NaOH(aq).

Priemyselná výroba 
Kedysi sa hydroxid sodný vyrábal tzv. kaustifikačným procesom z vodného roztoku uhličitanu sodného (sódy) pôsobením mierneho nadbytku hydroxidu vápenatého, pridávaného vo forme suspenzie haseného vápna:

Na2CO3(aq)+ Ca(OH)2(aq)→ 2 NaOH(aq) + CaCO3(s).

Vznikajúci veľmi málo rozpustný uhličitan vápenatý sa oddelil sedimentáciou, prípadne filtráciou a odparením vody sa získal surový NaOH. Ten sa väčšinou ďalej čistil rozpúšťaním v etanole.
V súčasnej dobe sa hydroxid sodný vyrába elektrolytickým rozkladom roztoku chloridu sodného, pričom vedľajším produktom býva plynný chlór. Používajú sa tri rôzne metódy, ktorými sa zabraňuje spätnej reakcii chlóru so vzniknutým hydroxidom.
Pri tzv. amalgámovej metóde sa používa Castner-Kellnerov elektrolyzér, kde katóda je z ortuti (nevýhodou je jej jedovatosť). Na nej prebieha redukcia sodných katiónov na elementárny sodík :

Na+(aq)+ e- → Na(s),

ktorý sa rozpustí za vzniku kvapalného amalgámu:

Na+(aq) + 1 e- + x Hg(l) → NaHgx.(l)

Tým sa zabráni okamžitej reakcii kovového sodíku s vodou na hydroxid sodný; tento rozklad prebieha v oddelenej reakčnej komore, kde sa prečerpáva kvapalný amalgám:

2 NaHgx(l)+ 2 H2O(l) → H2(g)+ 2 NaOH(aq) + 2 x Hg(l).

Ortuť zbavená sodíku sa vracia späť do elektrolyzéra. Tento postup je využívaný viac než polovicou výrobcov NaOH a chlóru v Európskej Únii.
Pri druhej, tzv. diafragmovej metóde, je v Griesheimovom článku anódový a katódový priestor oddelený polopriepustnou stenou (väčšinou z azbestu – ekologicky nevýhodný), ktorá prepúšťa malé sodné katióny a molekuly vody, ale nie molekuly chlóru Cl2. Do priestoru anódy sa privádza roztok NaCl. Na anóde anióny chlóru odovzdávajú elektrón a menia sa na atomárny chlór, a následne na molekulárny chlór, teda:

2 Cl-(aq) - 2 e- → 2 Cl(g) → Cl2(g),

zatiaľ čo na katóde sa oxóniové katióny redukujú na vodík a vodu:

2 H3O+(aq) + 2 e- → 2 H2O(l) + 2 H(g) → 2 H2O(l) + H2(g).

V katódovom priestore sa hromadia sodné katióny – ich kladný náboj sa kompenzuje rastom koncentrácie hydroxidových aniónov, čím dochádza k vzniku hydroxidu sodného. Odchádzajúci roztok obsahuje zvyšky chloridu sodného, ktoré je potrebné oddeliť. Týmto postupom sa produkuje asi 75 % hydroxidu sodného v USA.
Treťou, najmodernejšou metódou sa vyrába 90 % hydroxidu sodného v Japonsku. Ide o tzv. membránovú metódu – ide o modifikáciu predchádzajúcej metódy. Anódový a katódový priestor je oddelený ionexovou membránou, ktorá umožňuje prestup  H3O+ a Na+. Do priestoru anódy sa pridáva nasýtený roztok NaCl, odčerpáva sa nenasýtený; do priestoru katódy sa dáva destilovaná voda, a odčerpáva sa roztok NaOH (50 %). Ten sa môže ďalej spracovať odparením vody (pre použitie v laboratóriách, chemickej malovýrobe či vo farmaceutickom priemysle).

Použitie 
Hydroxid sodný ma širokospektrálne použitie v chemickom priemysle (výroba mydiel a iných povrchovo aktívnych látok, príprava zlúčenín sodíka, ako reakčná zložka pri organických a anorganických syntézach), v textilnom priemysle (výroba umelého hodvábu), v priemysle celulózy a papiera, v hutníctve, pri výrobe bauxitu, vo vodárenstve pri úprave pitnej vody. Používa sa aj pri výrobe bionafty. V potravinárskom priemysle sa používa pri spracovaní tukov a olejov, a tiež ako dezinfekčné činidlo pri vymývaní strojov. V domácnostiach sa používa pri čistení odpadných potrubí, v čistiacich prostriedkoch do umývačiek riadu (leptá hliníkový riad) a pri praní. V chemických laboratóriách sa používa kalibrovaný roztok NaOH ako titračné činidlo.

Hydroxid sodný ako E524 sa vo všeobecnosti pri bežnej konzumácii sa považuje za neškodnú prísadu, no napríklad v Austrálii je jeho používanie zakázané. Rovnako je zakázané ho pridávať do detských výživ. Používa sa na umývanie a čistenie ovocia a zeleniny, pri výrobe čokolády a spracovaní kakaových bôbov, výrobe karamelu, obaľovanie kurčiat, výrobu nealkoholických sladených nápojov a zahusťovanie zmrzliny. Takisto sa používa pri výrobe olív a praclíkov, vďaka čomu sú tvrdé a chrumkavé.

Bezpečnostné upozornenia 
Výrobok je klasifikovaný ako ŽIERAVÝ. Nie je horľavý a ani výbušný.

H302 Škodlivý pri požití.

H312 Škodlivý pri kontakte s pokožkou.

H314 Spôsobuje ťažké poleptanie kože a poškodenie očí.

H290: Môže byť korozívny pre kovy.

P280: Noste ochranné rukavice/ ochranný odev/ ochranné okuliare/ ochranu tváre.

P301 + P330 + P331: PO POŽITÍ: vypláchnite ústa. Nevyvolávajte zvracanie.

P305 + P351 + P338: PO ZASIAHNUTÍ OČÍ: Niekoľko minút ich opatrne vyplachujte vodou. Ak používate kontaktné šošovky a ak je to možné, odstráňte ich.

Fyziologické pôsobenie 
Hydroxid sodný silne leptá všetky tkanivá v organizme. Zmydelňuje tuky, koaguluje bielkoviny, odníma z tkanív vodu. Pri požití spôsobuje hlavne poleptanie pažeráka, pri väčších množstvách aj žalúdka a tenkého čreva. Hrozí nekróza, žilná trombóza či až perforácia pažeráka, neskôr môže nastať jeho zúženie. Môžu sa vyskytnúť aj neskoršie následky v podobe rakoviny pažeráka, a to až v 4 % prípadov. Pri zasiahnutí očí preniká do rohovky a prednej komory očnej. Môže spôsobiť oslepnutie.

Zdroje 
 
 www.sportujeme.sk/ecka-E524
 www.emulgatory.cz/E524
 www.sciencelab.com
 kekule.science.upjs.sk

Iné projekty 

Sodný
Zlúčeniny sodíka