Hidróxido de sódio (NaOH): estrutura, propriedades, usos, síntese - Ciência - 2023

Contente

o de hidróxido de sódio É um composto inorgânico cuja fórmula química é NaOH e consiste em uma base metálica ou álcali muito forte. Uma solução a 5% dele em água tem um pH próximo a 14.

É um sólido branco muito higroscópico que também pode absorver dióxido de carbono do ar para formar carbonato de sódio. Vem comercialmente em frascos plásticos na forma de comprimidos, que não podem ser expostos por muito tempo ao ar, nem devem ser manuseados com espátulas.

O hidróxido de sódio pode ser sintetizado pela reação do hidróxido de cálcio com o carbonato de sódio. Atualmente, porém, é sintetizado fundamentalmente por meio da eletrólise da salmoura e é um subproduto da produção do gás cloro.

Dada a alta basicidade do NaOH, ele tem inúmeros usos e aplicações, como na produção de papel, sabões, detergentes, tinturas, etc. Também é utilizado na limpeza doméstica, tratamento de água, processamento de alumínio, fabricação de medicamentos, etc .; e, acima de tudo, é um padrão secundário por excelência.

O hidróxido de sódio é muito corrosivo, podendo causar irritações e queimaduras na pele e nos olhos. Ao inalar sua poeira, pode causar edema pulmonar. Enquanto isso, sua ingestão pode causar danos tão graves ao trato digestivo que pode levar à morte.

Estrutura

Anidro

A imagem superior mostra os íons que constituem o NaOH. The Na cation⁺ é representado pela esfera roxa, enquanto o ânion hidroxila (hidróxido ou hidroxila) OH^– pela esfera vermelha e branca. Ambos Na íons⁺ e OH^– Eles interagem entre si por meio da atração eletrostática de suas cargas opostas.

Essas interações são não direcionais, então as atrações de um par iônico Na⁺Oh^– pode afetar os de outras pessoas a uma certa distância. O resultado é que os íons Na⁺ repelem-se, da mesma forma que OH^–, até definir um cristal de energia mínima onde estabelecem uma estrutura ordenada e periódica (cristalina).

Portanto, os cristais ortorrômbicos de NaOH anidro (sem água) aparecem:

Os íons permanecem suficientemente coesos para que o cristal anidro de NaOH derreta a 323ºC (desde que não haja umidade no ambiente).

Hidratos

Tanto o Na⁺ como OH^– Eles são íons facilmente solvatados (hidratados) por moléculas de água. Isso favorece sua hidratação acima da energia reticular de seus cristais, por isso o NaOH libera muita energia ao entrar em contato com a água.

No entanto, os cristais anidros podem hospedar moléculas de água não dissolvidas; ou seja, o hidróxido de sódio pode formar vários hidratos, NaOH nH₂O. A molécula de água pode muito bem formar uma ligação de hidrogênio com OH^– (HOH-OH^–), ou coordenar com o Na⁺ (N / D⁺-OH₂).

Dependendo da razão molar entre NaOH e H₂Ou, monohidratos (NaOHH₂O), di-hidratos (NaOH 2H₂O), tri-hemidratos (NaOH 3,5H₂O), tetra-hidratos (NaOH 4H₂O), heptahidratos (NaOH 7H₂O) e outros.

Cada um desses hidratos pode cristalizar a partir de uma solução aquosa de NaOH com diferentes porcentagens de massa e em diferentes temperaturas. Consequentemente, o NaOH exibe um diagrama de solubilidade em água complicado.

Em termos gerais, os cristais de hidratos são menos densos e possuem pontos de fusão mais baixos. Isso se deve ao fato de que as moléculas de água "dificultam" as interações entre o Na⁺ e OH^–, adicionando forças dipolo-dipolo ao sacrifício das atrações iônicas.

Propriedades físicas e químicas

Nomes

Nome preferido da IUPAC: hidróxido de sódio. Outros nomes: Soda Cáustica, Ascarita (menos comum)

Massa molar

39,9971 g / mol

Aparência

Sólidos ou cristais brancos, serosos ou opacos.

Ponto de fusão

323 ºC

Ponto de ebulição

1.388 ºC

Solubilidade em água

1.000 g / L a uma temperatura de 25 ° C. Isso mostra o quanto ele pode se dissolver na água.

Suas soluções aquosas são viscosas, com um valor de viscosidade cerca de oitenta vezes maior do que a água, e liberam muito calor no início. Se você tiver contato com eles, eles deixam a pele escorregadia, devido à saponificação dos ácidos graxos da pele.

Basicidade (pKb)

– 0,56

pH

Uma solução de 5% p / p em água tem um pH próximo a 14

Índice de refração (nD)

A um comprimento de onda de 580,4 nm: 1.433 a 320 ° C e 1.421 a 420 ° C.

Estabilidade

Os recipientes que o contêm devem ser fechados hermeticamente para evitar a formação de carbonato de sódio. Isso se deve à sua alta higroscopicidade, que o leva a absorver a umidade de seu entorno e seu teor de CO.₂.

Decomposição

Quando aquecido até a decomposição, emite fumaça de óxido de sódio.

Ponto de autoignição

Não inflamável

Viscosidade

4,0 cPoise a 350 ° C

Calor da vaporização

175 kJ / mol a 1.388 ºC

Tensão superficial

74,35 dinas / cm em uma solução a 2,72% p / p em água a 18 ° C.

Reatividade

Com ácidos

Reage com ácidos minerais orgânicos e inorgânicos, formando água e o sal correspondente. No caso do ácido sulfúrico, a reação é exotérmica.

2 NaOH + H₂SW₄ => Na₂SW₄ + 2 H₂OU

Com óxidos ácidos

Reage com dióxido de enxofre, por exemplo, dando um sal sulfito de e água:

2 NaOH + SO₂ => Na₂SW₃ + H₂OU

Com metais

Suas soluções aquosas reagem com alguns metais para produzir sais de sódio complexos. Por exemplo, sua reação com o zinco dá origem a um zincato de sódio:

Zn + 2 NaOH + 2 H₂O => Na₂[Zn (OH)₄] + H₂

Síntese

O hidróxido de sódio é sintetizado principalmente por dois métodos: o uso do carbonato de sódio, inicialmente utilizado, e a eletrólise do cloreto de sódio, atualmente em maior uso industrial.

Reação de carbonato de sódio e hidróxido de cálcio

O carbonato de sódio reage com o hidróxido de cálcio em um processo conhecido como causticização:

Ca (OH)₂ + Na₂CO₃=> CaCO₃ + NaOH

O carbonato de cálcio precipita, deixando o hidróxido de sódio no sobrenadante, que é concentrado por evaporação.

O carbonato de sódio vem anteriormente do processo Solvay:

2 NaCl + CaCO₃ => Na₂CO₃ + CaCl₂

Eletrólise de cloreto de sódio

A eletrólise do cloreto de sódio, presente na salmoura, produz gás hidrogênio, gás cloreto e hidróxido de sódio em solução aquosa:

2 Nacl + 2 H₂O => H₂ + Cl₂ + 2 NaOH

A câmara eletrolítica consiste em um compartimento contendo o ânodo (+), feito de titânio metálico, e um local onde é colocada a salmoura. Este compartimento é separado do compartimento catódico (-) por uma membrana porosa.

A seguinte reação ocorre no ânodo:

2 Cl^– => Cl₂ + 2 e^– (oxidação)

Enquanto isso, essa reação ocorre no cátodo:

2 h₂O + 2 e^– => H₂ + OH^– (redução)

Sódio (Na⁺) se difunde do compartimento anódico para o compartimento catódico, através da membrana que os separa, formando hidróxido de sódio.

Formulários

Produtos de limpeza

O hidróxido de sódio é usado para fazer sabões e detergentes usados em casa e nos negócios. A combinação de hidróxido de sódio e cloro produz alvejante à base de cloro, usado na lavagem de roupas brancas.

Também elimina o acúmulo de gordura nos ralos, produzindo sua eliminação pela conversão em sabões pelo processo de saponificação. Isso permite a remoção de encanamentos entupidos de casas e outros edifícios.

Produtos farmacêuticos e medicinais

O hidróxido de sódio é usado para fazer analgésicos comuns, como a aspirina. Também de medicamentos com ação anticoagulante que bloqueiam a formação de coágulos sanguíneos e medicamentos para reduzir a hipercolesterolemia.

Processos de energia

O hidróxido de sódio é usado na fabricação de células de combustível que funcionam como baterias para produzir eletricidade para uma variedade de aplicações, incluindo transporte. As resinas epóxi, fabricadas com a intervenção de hidróxido de sódio, são utilizadas em turbinas eólicas.

Tratamento de água

O hidróxido de sódio é usado para neutralizar a acidez da água e contribuir para a remoção de metais pesados. Ele também é usado para a produção de hipoclorito de sódio, um desinfetante de água.

O hidróxido de sódio reage com o sulfato de alumínio para formar o hidróxido de alumínio: agente floculante utilizado em estações de tratamento de água para aumentar a sedimentação das partículas, produzindo sua clarificação.

Fabricação de papel

O hidróxido de sódio é utilizado com o sulfeto de sódio no tratamento da madeira para a obtenção da celulose, na forma quase pura, que forma a base do papel. Também é utilizado na reciclagem de papel, pois, ao ajudar na separação da tinta, permite sua reutilização.

Manufaturação industrial

O hidróxido de sódio é usado na fabricação de rayon, spandex, explosivos, resinas epóxi, vidro e cerâmica. É utilizado na indústria têxtil para fazer tinturas e processar tecidos de algodão.

Nas usinas de tratamento de cana-de-açúcar, o hidróxido de sódio em baixa temperatura é utilizado para a produção de etanol a partir do bagaço da cana.

Riscos

O hidróxido de sódio é um composto altamente corrosivo, podendo causar, pelo contato com a pele, queimaduras, bolhas e até cicatrizes permanentes.

Em contato com os olhos, pode causar queimaduras graves, inchaço, dor, visão turva e, em casos graves, pode causar cegueira permanente.

A ingestão de hidróxido de sódio pode queimar os lábios, a língua, a garganta, o esôfago e o estômago. Entre os sintomas usuais estão náuseas, vômitos, cólicas estomacais e diarreia.

Embora a inalação do hidróxido de sódio seja rara, e só possa ocorrer pela presença de poeira do composto no ar ou pela formação de uma névoa que o contém, ela produz irritação nos pulmões.

No caso de exposição crônica, isso pode causar edema pulmonar e grave falta de ar, o que é uma emergência médica.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2019). Hidróxido de sódio. Recuperado de: en.wikipedia.org
Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Hidróxido de sódio. Banco de dados PubChem. CID = 14798. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Elementos americanos. (2019). Solução de hidróxido de sódio. Recuperado de: americanelements.com
Fatos de segurança química. (2019). Hidróxido de sódio. Recuperado de: chemicalsafetyfacts.org
NJ Health. (2015). Hidróxido de sódio. [PDF]. Recuperado de: nj.gov
Centro Canadense de Saúde e Segurança Ocupacional. (2019). Fichas técnicas das respostas de OSH: hidróxido de sódio. Recuperado de: ccohs.ca
Ausetute. (s.f.). Produção de Hidróxido de Sódio e Cloro por Eletrólise. Recuperado de: ausetute.com.au