Natriumhydroxid - Perlen (USP-NF, BP, Ph. Eur.) reinst, Pharma-Qualität

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Natriumhydroxid, auch bekannt als Ätznatron, ist eine anorganische Verbindung mit der Formel NaOH. Sie ist eine weiße, feste ionische Verbindung, die aus Natriumkationen Na+ und Hydroxidanionen OH- besteht. Natriumhydroxid ist eine stark ätzende Base und ein Alkali, das Proteine bei normalen Umgebungstemperaturen zersetzt und schwere chemische Verbrennungen verursachen kann. Es ist gut wasserlöslich und absorbiert leicht Feuchtigkeit und Kohlendioxid aus der Luft. Es bildet eine Reihe von Hydraten NaOH * n H2O. Das Monohydrat NaOH * H2O kristallisiert aus wässrigen Lösungen zwischen 12,3 und 61,8 °C. Bei dem im Handel erhältlichen "Natriumhydroxid" handelt es sich häufig um dieses Monohydrat, und in den veröffentlichten Daten wird es oft anstelle der wasserfreien Verbindung genannt. Als eines der einfachsten Hydroxide wird Natriumhydroxid, in der wässrigen Lösung auch als Natronlauge bekannt, häufig zusammen mit neutralem Wasser und saurer Salzsäure verwendet, um Schülern und Studenten die pH-Skala zu veranschaulichen. Natriumhydroxid wird in vielen Industriezweigen verwendet: bei der Herstellung von Zellstoff und Papier, Textilien, Trinkwasser, Seifen und Reinigungsmitteln sowie als Abflussreiniger. Die weltweite Produktion belief sich im Jahr 2004 auf etwa 60 Millionen Tonnen, während der Bedarf bei 51 Millionen Tonnen lag. -
Eigenschaften von Natriumhydroxid
Physikalische Eigenschaften
Reines Natriumhydroxid ist ein farbloser kristalliner Feststoff, der bei 318 °C (604 °F) ohne Zersetzung schmilzt und einen Siedepunkt von 1388 °C (2530 °F) hat. Es ist sehr gut in Wasser löslich, mit einer geringeren Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln wie Ethanol und Methanol. NaOH ist unlöslich in Ether und anderen unpolaren Lösungsmitteln. Ähnlich wie bei der Hydratation von Schwefelsäure handelt es sich bei der Auflösung von festem Natriumhydroxid in Wasser um eine stark exotherme Reaktion, bei der eine große Wärmemenge freigesetzt wird, was durch die Möglichkeit des Verspritzens eine Gefahr für die Sicherheit darstellt. Die entstehende Lösung ist in der Regel farblos und geruchlos und wird, wie bereits erwähnt als Natronlauge bezeichnet. Wie andere alkalische Lösungen fühlt sie sich bei Hautkontakt glitschig an, was auf den Verseifungsprozess zurückzuführen ist, der zwischen NaOH und den natürlichen Hautfetten stattfindet.
Viskosität
Konzentrierte (50 %ige) wässrige Lösungen von Natriumhydroxid haben eine charakteristische Viskosität von 78 mPa * s, die viel höher ist als die von Wasser (1,0 mPa * s) und der von Olivenöl (85 mPa * s) bei Raumtemperatur nahe kommt. Die Viskosität von wässrigem NaOH ist, wie bei jeder flüssigen Chemikalie, umgekehrt proportional zu seiner Gebrauchstemperatur, d. h. die Viskosität nimmt mit steigender Temperatur ab und umgekehrt. Die Viskosität von Natriumhydroxidlösungen spielt sowohl bei der Anwendung als auch bei der Lagerung eine direkte Rolle.
Hydrate
Natriumhydroxid kann mehrere Hydrate bilden: NaOH * n H2O bilden, die ein komplexes Löslichkeitsdiagramm ergeben, das 1893 von S. U. Pickering ausführlich beschrieben wurde. Die bekannten Hydrate und die ungefähren Temperatur- und Konzentrationsbereiche (Massenprozent NaOH) ihrer gesättigten Wasserlösungen sind: Heptahydrat, NaOH * 7 H2O: von -28 °C (18,8%) bis -24 °C (22,2%); Pentahydrat, NaOH * 5H2O: von -24 °C (22,2%) bis -17,7 °C (24,8%); Tetrahydrat, NaOH * 4H2O, α-Form: von -17,7 °C (24,8%) bis +5,4 °C (32,5%); Tetrahydrat, NaOH * 4 H2O, β-Form: metastabil; Trihemihydrat, NaOH * 3,5 H2O: von +5,4 °C (32,5%) bis +15,38 °C (38,8%) und dann bis +5,0 °C (45,7%); Trihydrat, NaOH * 3 H2O: metastabil; Dihydrat, NaOH * 2 H2O: von +5,0 °C (45,7%) bis +12,3 °C (51%); Monohydrat, NaOH * H2O: von +12,3 °C (51%) bis 65,10 °C (69%), dann bis 62,63 °C (73,1%). In frühen Berichten wird auf Hydrate mit n = 0,5 oder n = 2/3 verwiesen, doch konnten spätere sorgfältige Untersuchungen deren Existenz nicht bestätigen. Die einzigen Hydrate mit stabilen Schmelzpunkten sind NaOH * H2O (65,10 °C) und NaOH-3,5 H2O (15,38 °C). Die anderen Hydrate, mit Ausnahme der metastabilen NaOH * 3 H2O und NaOH * 4 H2O (β) können aus Lösungen mit der richtigen Zusammensetzung kristallisiert werden, wie oben aufgeführt. Lösungen von NaOH können jedoch leicht um viele Grade unterkühlt werden, was die Bildung von Hydraten (einschließlich der metastabilen) aus Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen ermöglicht. Wenn beispielsweise eine Lösung von NaOH und Wasser im Molverhältnis 1:2 (52,6% NaOH nach Masse) abgekühlt wird, beginnt das Monohydrat normalerweise (bei etwa 22 °C) vor dem Dihydrat zu kristallisieren. Die Lösung kann jedoch leicht auf -15 °C unterkühlt werden, so dass sie schnell als Dihydrat auskristallisieren kann. Beim Erhitzen kann das feste Dihydrat bei 13,35 °C direkt in eine Lösung schmelzen; sobald die Temperatur jedoch 12,58 °C überschreitet, zerfällt es häufig in ein festes Monohydrat und eine flüssige Lösung. Selbst das n = 3,5-Hydrat lässt sich nur schwer kristallisieren, weil die Lösung so stark unterkühlt, dass andere Hydrate stabiler werden. Eine Heißwasserlösung mit 73,1% (Masse) NaOH ist ein Eutektikum, das bei etwa 62,63 °C als eine innige Mischung aus wasserfreien und Monohydratkristallen erstarrt. Eine zweite stabile eutektische Zusammensetzung besteht aus 45,4% (Masse) NaOH, die bei etwa 4,9 °C als Mischung aus Kristallen des Dihydrats und des 3,5-Hydrats erstarrt. Das dritte stabile Eutektikum besteht zu 18,4% (Masse) aus NaOH. Es erstarrt bei etwa -28,7 °C als ein Gemisch aus Wassereis und dem Heptahydrat NaOH * 7 H2O. Wenn Lösungen mit weniger als 18,4% NaOH abgekühlt werden, kristallisiert zuerst das Wassereis, während das NaOH in Lösung bleibt. Die α-Form des Tetrahydrats hat eine Dichte von 1,33 g/cm3. Es schmilzt bei 7,55 °C kongruent zu einer Flüssigkeit mit 35,7% NaOH und einer Dichte von 1,392 g/cm3 und schwimmt daher darauf wie Eis auf Wasser. Bei etwa 4,9 °C kann es jedoch stattdessen inkongruent zu einer Mischung aus festem NaOH 3,5 H2O und einer flüssigen Lösung. Die β-Form des Tetrahydrats ist metastabil und wandelt sich oft spontan in die α-Form um, wenn sie auf unter -20 °C abgekühlt wird. Einmal in Gang gesetzt, ist die exotherme Umwandlung in wenigen Minuten abgeschlossen, wobei das Volumen des Feststoffs um 6,5 % zunimmt. Die β-Form kann aus unterkühlten Lösungen bei -26 °C kristallisiert werden und schmilzt teilweise bei -1,83 °C. Das im Handel erhältliche "Natriumhydroxid" ist häufig das Monohydrat (Dichte 1,829 g/cm3). Physikalische Daten in der Fachliteratur können sich auf diese Form und nicht auf die wasserfreie Verbindung beziehen.
Kristallstruktur
NaOH und sein Monohydrat bilden orthorhombische Kristalle mit den Raumgruppen Cmcm (oS8) bzw. Pbca (oP24). Die Zellabmessungen des Monohydrats sind a = 1,1825, b = 0,6213, c = 0,6069 nm. Die Atome sind in einer hydrargillitartigen Schichtstruktur angeordnet. Jedes Natriumatom ist von sechs Sauerstoffatomen umgeben, jeweils drei von Hydroxylanionen OH- und drei von Wassermolekülen. Die Wasserstoffatome der Hydroxylgruppen bilden starke Bindungen mit den Sauerstoffatomen innerhalb jeder O-Schicht. Benachbarte O-Schichten werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen zusammengehalten.
Chemische Eigenschaften Reaktion mit Säuren
Natriumhydroxid reagiert mit Protonensäuren unter Bildung von Wasser und den entsprechenden Salzen. Wenn Natriumhydroxid beispielsweise mit Salzsäure reagiert, entsteht Natriumchlorid:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) +H2O(l)
Im Allgemeinen werden solche Neutralisationsreaktionen durch eine einfache Netto-Ionengleichung dargestellt:
OH-(aq) + H+(aq) → H2O(l)
Bei dieser Art von Reaktion mit einer starken Säure wird Wärme freigesetzt, so dass sie exotherm ist. Solche Säure-Base-Reaktionen können auch für Titrationen verwendet werden. Natriumhydroxid wird jedoch nicht als Primärstandard verwendet, da es hygroskopisch ist und Kohlendioxid aus der Luft absorbiert.
Reaktion mit sauren Oxiden
Natriumhydroxid reagiert auch mit sauren Oxiden, wie z. B. Schwefeldioxid. Solche Reaktionen werden häufig eingesetzt, um schädliche saure Gase (wie SO2 und H2S), die bei der Verbrennung von Kohle entstehen, zu "waschen" und so ihre Freisetzung in die Atmosphäre zu verhindern.
Ein Beispiel:
2 NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O
Reaktion mit Metallen und Oxiden
Glas reagiert mit wässrigen Natriumhydroxidlösungen bei Umgebungstemperaturen langsam und bildet lösliche Silikate. Aus diesem Grund neigen Glasverbindungen und Hähne, die Natriumhydroxid ausgesetzt sind, zum "Einfrieren". Kolben und mit Glas ausgekleidete chemische Reaktoren werden beschädigt, wenn sie lange Zeit heißer Natronlauge ausgesetzt sind, die das Glas ebenfalls anfriert. Natriumhydroxid greift Eisen bei Raumtemperatur nicht an, da Eisen keine amphoteren Eigenschaften hat (d. h. es löst sich nur in Säure, nicht in Base). Bei hohen Temperaturen (z. B. über 500 °C) kann Eisen jedoch endotherm mit Natriumhydroxid reagieren und Eisen(III)-oxid, Natriummetall und Wasserstoffgas bilden. Dies ist auf die geringere Bildungsenthalpie von Eisen(III)-oxid (-824,2 kJ/mol im Vergleich zu Natriumhydroxid (-500 kJ/mol) zurückzuführen, so dass die Reaktion thermodynamisch günstig ist, obwohl ihr endothermer Charakter auf Nicht-Spontaneität hindeutet. Betrachten wir die folgende Reaktion zwischen geschmolzenem Natriumhydroxid und fein verteilten Eisenspänen:
4 Fe + 6 NaOH → 2 Fe2O3 + 6 Na + 3 H2
Einige wenige Übergangsmetalle können jedoch heftig mit Natriumhydroxid reagieren. 1986 wurde im Vereinigten Königreich ein Aluminiumtankwagen versehentlich für den Transport von 25%iger Natronlauge verwendet, wodurch der Inhalt unter Druck geriet und der Tankwagen beschädigt wurde. Der Druckanstieg war auf das Wasserstoffgas zurückzuführen, das bei der Reaktion zwischen Natriumhydroxid und Aluminium entsteht:
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 NaAl(OH)4 + 3 H2
Fällungsmittel
Im Gegensatz zu Natriumhydroxid, das löslich ist, sind die Hydroxide der meisten Übergangsmetalle unlöslich, so dass Natriumhydroxid zur Ausfällung von Übergangsmetallhydroxiden verwendet werden kann. Die folgenden Farben werden beobachtet: Kupfer – blau; Eisen(II) – grün; Eisen(III) - gelb / braun; Zink- und Bleisalze lösen sich in überschüssigem Natriumhydroxid auf und ergeben eine klare Lösung von Na2ZnO2 oder Na2PbO2. Aluminiumhydroxid wird als gelatinöses Flockungsmittel zum Herausfiltern von Partikeln bei der Wasseraufbereitung verwendet. Aluminiumhydroxid wird in der Kläranlage aus Aluminiumsulfat durch Reaktion mit Natriumhydroxid oder Hydrogencarbonat (Bicarbonat) hergestellt.
Al2(SO4)3 + 6 NaOH → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4
Al2(SO4)3 + 6 NaHCO3 → 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 6 CO2
Verseifung
Natriumhydroxid kann für die basengetriebene Hydrolyse von Estern (wie bei der Verseifung), Amiden und Alkylhalogeniden verwendet werden, aufgrund der begrenzten Löslichkeit von Natriumhydroxid in organischen Lösungsmitteln wird jedoch häufig das besser lösliche Kaliumhydroxid (KOH) bevorzugt. Das Berühren von Natriumhydroxidlösung mit bloßen Händen wird zwar nicht empfohlen, führt aber zu einem glitschigen Gefühl. Dies liegt daran, dass Öle auf der Haut, wie z. B. Talg, in Seife umgewandelt werden. Trotz der Löslichkeit in Propylenglykol ist es unwahrscheinlich, dass es Wasser bei der Verseifung ersetzt, da Propylenglykol primär mit Fett reagiert, bevor Natriumhydroxid mit Fett reagiert.
Herstellung
Natriumhydroxid wird industriell als 50%ige Lösung durch Variationen des elektrolytischen Chloralkaliprozesses hergestellt. Bei diesem Prozess wird auch Chlorgas erzeugt. Aus dieser Lösung wird durch Verdampfen von Wasser festes Natriumhydroxid gewonnen. Festes Natriumhydroxid wird meist in Form von Flocken, Prills und Gussblöcken verkauft. Im Jahr 2004 wurde die Weltproduktion von Natriumhydroxid auf 60 Millionen Tonnen Trockenmasse und die Nachfrage auf 51 Millionen Tonnen geschätzt. Im Jahr 1998 betrug die Weltproduktion insgesamt etwa 45 Millionen Tonnen. Nordamerika und Asien trugen jeweils etwa 14 Millionen Tonnen bei, während Europa etwa 10 Millionen Tonnen produzierte. In den Vereinigten Staaten ist Olin der größte Hersteller von Natriumhydroxid mit einer Jahresproduktion von rund 5,7 Mio. Tonnen an den Standorten Freeport (Texas) und Plaquemine (Louisiana), St. Gabriel (Louisiana), McIntosh (Alabama), Charleston (Tennessee), Niagara Falls (New York) und Becancour (Kanada). Andere große US-Hersteller sind Oxychem, Westlake, Shintek und Formosa. Alle diese Unternehmen verwenden das Chloralkaliverfahren. In der Vergangenheit wurde Natriumhydroxid durch die Behandlung von Natriumcarbonat mit Kalziumhydroxid in einer Metathesereaktion hergestellt, die sich die Tatsache zunutze macht, dass Natriumhydroxid löslich ist, Kalziumkarbonat hingegen nicht. Dieses Verfahren wird als Kaustifizierung bezeichnet.
Ca(OH)2(aq) + Na2CO3(s) → CaCO3(s) + 2 NaOH(aq)
Dieses Verfahren wurde im späten 19. Jahrhundert durch das Solvay-Verfahren abgelöst, das wiederum durch das heute gebräuchliche Chloralkaliverfahren verdrängt wurde. Natriumhydroxid wird auch durch die Verbindung von reinem Natriummetall mit Wasser hergestellt. Als Nebenprodukte entstehen Wasserstoffgas und Wärme, die oft zu einer Flamme führen.
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
Diese Reaktion wird häufig verwendet, um die Reaktivität von Alkalimetallen im akademischen Umfeld zu demonstrieren; sie ist jedoch nicht kommerziell nutzbar, da die Isolierung von Natriummetall üblicherweise durch Reduktion oder Elektrolyse von Natriumverbindungen einschließlich Natriumhydroxid erfolgt.
Verwendung
Natriumhydroxid ist eine beliebte starke Base, die in der Industrie verwendet wird. Natriumhydroxid wird zur Herstellung von Natriumsalzen und Reinigungsmitteln, zur Regulierung des pH-Werts und zur organischen Synthese verwendet. In großen Mengen wird es meist als wässrige Lösung gehandhabt, da Lösungen billiger und einfacher zu handhaben sind. Natriumhydroxid wird in vielen Bereichen eingesetzt, in denen es wünschenswert ist, die Alkalität einer Mischung zu erhöhen oder Säuren zu neutralisieren. In der Erdölindustrie wird Natriumhydroxid beispielsweise als Zusatz zu Bohrschlämmen verwendet, um die Alkalität in Bentonitschlammsystemen zu erhöhen, die Viskosität des Schlamms zu steigern und saure Gase (wie Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid) zu neutralisieren, die beim Bohren in der geologischen Formation auftreten können. Eine weitere Anwendung ist die Salzsprühnebelprüfung, bei der der pH-Wert reguliert werden muss. Natriumhydroxid wird zusammen mit Salzsäure verwendet, um den pH-Wert auszugleichen. Das dabei entstehende Salz, NaCl, ist das korrosive Mittel, das im standardmäßigen Salzsprühtest mit neutralem pH-Wert verwendet wird. Rohöl minderer Qualität kann mit Natriumhydroxid behandelt werden, um schwefelhaltige Verunreinigungen in einem Verfahren zu entfernen, das als Laugenwäsche bekannt ist. Wie oben beschrieben, reagiert Natriumhydroxid mit schwachen Säuren wie Schwefelwasserstoff und Mercaptanen, wobei nichtflüchtige Natriumsalze entstehen, die entfernt werden können. Die dabei entstehenden Abfälle sind giftig und schwer zu entsorgen, weshalb das Verfahren in vielen Ländern verboten ist. Weitere gängige Verwendungszwecke von Natriumhydroxid sind: Es wird zur Herstellung von Seifen und Reinigungsmitteln verwendet. Natriumhydroxid wird für harte Stückseife verwendet, Kaliumhydroxid für Flüssigseifen. Natriumhydroxid wird häufiger verwendet als Kaliumhydroxid, da es billiger ist und eine geringere Menge benötigt wird. Es wird verwendet, da Abflussreiniger, die Natriumhydroxid enthalten, Fette und Schmiere, die Rohre verstopfen können, in Seife umwandeln, die sich in Wasser auflöst. Es wird für die Herstellung künstlicher Textilfasern (wie Rayon) verwendet. Es wird bei der Herstellung von Papier verwendet. Etwa 56% der Natriumhydroxidproduktion wird von der Industrie verwendet, davon 25% in der Papierindustrie. Es wird zur Reinigung von Bauxiterz verwendet, aus dem das Aluminiummetall gewonnen wird. Dies ist als Bayer-Verfahren bekannt. Es wird bei der Entfettung von Metallen, der Ölraffination und der Herstellung von Farbstoffen und Bleichmitteln verwendet. Es wird in Wasseraufbereitungsanlagen zur Regulierung des pH-Werts verwendet. Es wird zur Behandlung von Bagel- und Brezelteig verwendet und verleiht ihm die charakteristische glänzende Oberfläche.
Chemischer Aufschluss
Natriumhydroxid wird auch häufig beim Aufschluss von Holz zur Herstellung von Papier oder Regeneratfasern verwendet. Zusammen mit Natriumsulfid ist Natriumhydroxid ein Hauptbestandteil der Weißlauge, die zur Abtrennung des Lignins von den Zellulosefasern im Kraftprozess verwendet wird. Natriumhydroxid spielt auch eine Schlüsselrolle in mehreren späteren Stufen des Bleichprozesses des braunen Zellstoffs, der aus dem Aufschlussverfahren resultiert. Zu diesen Stufen gehören die Sauerstoffdelignifizierung, die oxidative Extraktion und die einfache Extraktion, die alle eine stark alkalische Umgebung mit einem pH-Wert > 10,5 am Ende der Stufen erfordern.
Aufschluss des Gewebes
In ähnlicher Weise wird Natriumhydroxid zum Aufschluss von Geweben verwendet, wie in einem Verfahren, das früher bei Nutztieren eingesetzt wurde. Bei diesem Verfahren wird ein Kadaver in eine versiegelte Kammer gelegt und dann ein Gemisch aus Natriumhydroxid und Wasser hinzugefügt (das die chemischen Bindungen aufbricht, die das Fleisch intakt halten). Dadurch verwandelt sich der Körper schließlich in eine Flüssigkeit mit kaffeeähnlichem Aussehen, und der einzige Feststoff, der übrig bleibt, sind die Knochenschalen, die man zwischen den Fingerspitzen zerdrücken kann. Natriumhydroxid wird häufig bei der Zersetzung von überfahrenen Tieren verwendet, die von Tierentsorgern auf Mülldeponien entsorgt werden. Natriumhydroxid ist eine gefährliche Chemikalie, da es in der Lage ist, Proteine zu hydrolysieren. Wenn eine verdünnte Lösung auf der Haut verschüttet wird, kann es zu Verbrennungen kommen, wenn die Stelle nicht gründlich und mehrere Minuten lang unter fließendem Wasser gewaschen wird. Spritzer ins Auge können schwerwiegender sein und zur Erblindung führen.
Lösen von amphoteren Metallen und Verbindungen
Starke Basen greifen Aluminium an. Natriumhydroxid reagiert mit Aluminium und Wasser und setzt Wasserstoffgas frei. Das Aluminium entzieht dem Natriumhydroxid das Sauerstoffatom, das wiederum dem Wasser das Sauerstoffatom entzieht und die beiden Wasserstoffatome freisetzt. Bei dieser Reaktion wirkt Natriumhydroxid als Mittel, um die Lösung alkalisch zu machen, in der sich das Aluminium lösen kann.
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2
Natriumaluminat ist eine anorganische Chemikalie, die als wirksame Quelle für Aluminiumhydroxid für viele industrielle und technische Anwendungen verwendet wird. Reines Natriumaluminat (wasserfrei) ist ein weißer kristalliner Feststoff mit der Formel NaAlO2, NaAl(OH)4 < (hydratisiert), Na2O * Al2O3 oder Na2Al2O4. Die Bildung von Natriumtetrahydroxoaluminat(III) oder hydratisiertem Natriumaluminat wird wie folgt beschrieben:
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 NaAl(OH)4 + 3 H2
Diese Reaktion kann beim Ätzen, Entfernen von Eloxal oder bei der Umwandlung einer polierten Oberfläche in eine satinähnliche Oberfläche nützlich sein, aber ohne weitere Passivierung wie Eloxieren oder Alodieren kann die Oberfläche entweder bei normalem Gebrauch oder unter schweren atmosphärischen Bedingungen beschädigt werden. Beim Bayer-Verfahren wird Natriumhydroxid bei der Raffination von tonerdehaltigen Erzen (Bauxit) verwendet, um Tonerde (Aluminiumoxid) zu erzeugen, die der Rohstoff für die Herstellung von Aluminiummetall im elektrolytischen Hall-Héroult-Verfahren ist. Da die Tonerde amphoter ist, löst sie sich in der Natronlauge auf, wobei Verunreinigungen, die bei hohem pH-Wert weniger löslich sind, wie Eisenoxide, in Form eines stark alkalischen Rotschlamms zurückbleiben. Andere amphotere Metalle sind Zink und Blei, die sich in konzentrierter Natriumhydroxidlösung auflösen und Natriumzinkat bzw. Natriumplumbat ergeben.
Reagenz zur Veresterung und Umesterung
Natriumhydroxid wird traditionell bei der Seifenherstellung (Kaltseife, Verseifung) verwendet, im 19. Jahrhundert eher für eine harte Oberfläche als für ein flüssiges Produkt, da es einfacher zu lagern und zu transportieren war. Bei der Herstellung von Biodiesel wird Natriumhydroxid als Katalysator für die Umesterung von Methanol und Triglyceriden verwendet. Dies funktioniert nur mit wasserfreiem Natriumhydroxid, da sich das Fett in Verbindung mit Wasser in Seife verwandeln würde, die mit Methanol verunreinigt wäre. NaOH wird häufiger verwendet als Kaliumhydroxid, da es billiger ist und eine geringere Menge benötigt wird. Aufgrund der Produktionskosten ist NaOH, das aus Kochsalz hergestellt wird, billiger als Kaliumhydroxid.
Zubereitung von Lebensmitteln
Natriumhydroxid wird in der Lebensmittelindustrie unter anderem zum Waschen oder chemischen Schälen von Obst und Gemüse, zur Verarbeitung von Schokolade und Kakao, zur Herstellung von Karamellfarben, zum Brühen von Geflügel, zur Herstellung von Erfrischungsgetränken und zum Eindicken von Speiseeis verwendet. Oliven werden häufig in Natriumhydroxid eingeweicht, um sie weicher zu machen; Brezeln und Laugengebäck werden vor dem Backen mit einer Natriumhydroxidlösung glasiert, um sie knusprig zu machen. Da es schwierig ist, Natriumhydroxid in Lebensmittelqualität in kleinen Mengen für den Hausgebrauch zu beschaffen, wird häufig Natriumcarbonat anstelle von Natriumhydroxid verwendet, das unter der E-Nummer E524 bekannt ist. Zu den spezifischen Lebensmitteln, die mit Natriumhydroxid verarbeitet werden, gehören: Deutsche Brezeln werden vor dem Backen in einer kochenden Natriumcarbonatlösung oder kalten Natriumhydroxidlösung pochiert, was zu ihrer einzigartigen Kruste beiträgt. Laugenwasser ist ein wesentlicher Bestandteil der Kruste der traditionell gebackenen chinesischen Mondkuchen. Die meisten gelb gefärbten chinesischen Nudeln werden mit Laugenwasser hergestellt, werden aber häufig fälschlicherweise für Ei gehalten. Bei einer Sorte von Zongzi wird Laugenwasser verwendet, um ihnen einen süßen Geschmack zu verleihen. Natriumhydroxid ist auch die Chemikalie, die bei der Herstellung von Century-Eiern das Gelieren des Eiweißes bewirkt. Bei einigen Zubereitungsmethoden werden Oliven in eine Lauge eingelegt. Bei der philippinischen Süßspeise (Kakanin) namens kutsinta wird eine kleine Menge Laugenwasser verwendet, um dem Reismehlteig eine geleeartige Konsistenz zu verleihen. Ein ähnliches Verfahren wird auch bei dem als pitsi-pitsi oder pichi-pichi bekannten Kakanin angewandt, nur dass für die Mischung statt Reismehl geriebene Kassave verwendet wird. Das norwegische Gericht Lutefisk (von lutfisk, "Laugenfisch"). Bagels werden vor dem Backen oft in einer Lauge gekocht, was zu ihrer glänzenden Kruste beiträgt. Hominy sind getrocknete Maiskörner, die durch Einweichen in Laugenwasser wiederhergestellt werden. Sie vergrößern sich beträchtlich und können durch Braten zu Maiskörnern oder durch Trocknen und Mahlen zu Grütze weiterverarbeitet werden. Hominy wird zur Herstellung von Masa verwendet, einem beliebten Mehl, das in der mexikanischen Küche zur Herstellung von Maistortillas und Tamales verwendet wird. Nixtamal ist ähnlich, verwendet aber Kalziumhydroxid anstelle von Natriumhydroxid.
Reinigungsmittel
Natriumhydroxid wird häufig als industrielles Reinigungsmittel verwendet, wo es oft als "ätzend" bezeichnet wird. Es wird dem Wasser zugesetzt, erhitzt und dann zur Reinigung von Prozessanlagen, Lagertanks usw. verwendet. Es kann Fett, Öle, Fette und Ablagerungen auf Proteinbasis auflösen. Es wird auch zur Reinigung von Abflussrohren unter Waschbecken und Abflüssen in Privathaushalten verwendet. Der Natriumhydroxidlösung können Tenside zugesetzt werden, um die gelösten Stoffe zu stabilisieren und so eine erneute Ablagerung zu verhindern. Eine Natriumhydroxidlösung wird als starker Entfetter für Backformen aus Edelstahl und Glas verwendet. Es ist auch ein häufiger Bestandteil von Backofenreinigern. Eine häufige Verwendung von Natriumhydroxid ist die Herstellung von Reinigungsmitteln für Teilewaschanlagen. Reinigungsmittel für Teilewaschanlagen, die auf Natriumhydroxid basieren, gehören zu den aggressivsten Reinigungschemikalien für Teilewaschanlagen. Zu den Reinigungsmitteln auf Natriumhydroxidbasis gehören Tenside, Rostschutzmittel und Entschäumer. Eine Teilewaschanlage erhitzt Wasser und das Reinigungsmittel in einem geschlossenen Schrank und sprüht dann das erhitzte Natriumhydroxid und das heiße Wasser unter Druck gegen verschmutzte Teile, um diese zu entfetten. Das auf diese Weise verwendete Natriumhydroxid ersetzte in den frühen 1990er Jahren viele lösungsmittelbasierte Systeme, als Trichlorethan durch das Montrealer Protokoll verboten wurde. Teilewaschanlagen auf der Basis von Wasser und Natriumhydroxid gelten als umweltfreundlicher als lösungsmittelbasierte Reinigungsmethoden. In Eisenwarengeschäften wird Natriumhydroxid als eine Art Abflussreiniger angeboten.
Abbeizen mit Natronlauge
Natriumhydroxid wird im Haushalt als eine Art Abflussöffner verwendet, um verstopfte Abflüsse zu lösen, meist in Form eines trockenen Kristalls oder als dickflüssiges Gel. Das Alkali löst Fette auf, so dass wasserlösliche Produkte entstehen. Außerdem hydrolysiert es die Proteine, die z. B. in Haaren vorkommen und die Wasserleitungen verstopfen können. Diese Reaktionen werden durch die Wärme beschleunigt, die entsteht, wenn sich Natriumhydroxid und die anderen chemischen Bestandteile des Reinigers in Wasser auflösen. Solche alkalischen Abflussreiniger und ihre sauren Versionen sind stark ätzend und sollten mit großer Vorsicht gehandhabt werden. Natriumhydroxid wird in einigen Relaxern zur Haarglättung verwendet. Wegen der hohen Häufigkeit und Intensität von Verätzungen verwenden die Hersteller von chemischen Relaxern jedoch andere alkalische Chemikalien in Präparaten, die dem Durchschnittsverbraucher zur Verfügung stehen. Natriumhydroxid-Entspanner sind nach wie vor erhältlich, werden aber hauptsächlich von Fachleuten verwendet. Eine Lösung von Natriumhydroxid in Wasser (Natronlauge) wurde traditionell als gängigstes Abbeizmittel für Holzgegenstände verwendet. Heute wird sie seltener verwendet, da sie die Holzoberfläche beschädigen, die Maserung anheben und die Farbe verfärben kann.
Wasseraufbereitung
Natriumhydroxid wird manchmal bei der Wasseraufbereitung verwendet, um den pH-Wert des Wassers anzuheben. Ein erhöhter pH-Wert macht das Wasser weniger korrosiv für Rohrleitungen und verringert die Menge an Blei, Kupfer und anderen giftigen Metallen, die sich im Trinkwasser lösen können.
Historische Verwendungen
Natriumhydroxid wurde zum Nachweis von Kohlenmonoxidvergiftungen verwendet, wobei sich die Blutproben solcher Patienten nach Zugabe einiger Tropfen Natriumhydroxid zinnoberrot verfärbten. Heute kann eine Kohlenmonoxidvergiftung durch CO-Oximetrie nachgewiesen werden.
In Zementmischungen, Mörtel, Beton, Fugenmörtel
Natriumhydroxid wird in einigen Zementmischungen als Weichmacher verwendet. Es trägt zur Homogenisierung von Zementmischungen bei, verhindert die Entmischung von Sanden und Zement, verringert die erforderliche Wassermenge in einer Mischung und erhöht die Verarbeitbarkeit des Zementprodukts, sei es Mörtel, Putz oder Beton.
Sicherheit
Wie andere ätzende Säuren und Laugen können Tropfen von Natriumhydroxidlösungen Proteine und Lipide in lebendem Gewebe durch Amid- und Esterhydrolyse zersetzen, was zu Verätzungen führt und bei Kontakt mit den Augen eine dauerhafte Erblindung hervorrufen kann. Feste Alkalien können ihre ätzende Wirkung auch in Gegenwart von Wasser, z. B. Wasserdampf, entfalten. Daher sollte beim Umgang mit dieser Chemikalie oder ihren Lösungen stets Schutzausrüstung wie Gummihandschuhe, Schutzkleidung und Augenschutz getragen werden. Die Standard-Erste-Hilfe-Maßnahme bei Alkaliflecken auf der Haut ist, wie bei anderen ätzenden Stoffen, das Abspülen mit großen Mengen Wasser. Die Spülung wird mindestens zehn bis fünfzehn Minuten lang fortgesetzt. Außerdem ist die Auflösung von Natriumhydroxid stark exotherm, und die dabei entstehende Hitze kann Verbrennungen verursachen oder brennbare Stoffe entzünden. Es erzeugt auch Wärme, wenn es mit Säuren reagiert. Natriumhydroxid wirkt auch leicht korrosiv auf Glas, was zu Schäden an der Verglasung oder zum Verkleben von Glasschliffen führen kann. Natriumhydroxid wirkt korrosiv auf verschiedene Metalle, wie z. B. Aluminium, das mit dem Alkali reagiert und bei Kontakt entflammbares Wasserstoffgas erzeugt:
2 Al + 6 NaOH → 3 H2 + 2 Na3AlO3
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O → 3 H2 + 2 NaAlO2
2 Al + 2 NaOH + 6 H2O → 3 H2 + 2 NaAl(OH)4
Lagerung
Bei der Handhabung von Natriumhydroxid zur Verwendung ist eine sorgfältige Lagerung erforderlich, insbesondere bei großen Mengen. Angesichts der Verbrennungsgefahr der Chemikalie ist es immer ratsam, die richtigen Richtlinien für die Lagerung von NaOH zu befolgen und die Sicherheit der Mitarbeiter und der Umwelt zu gewährleisten. Natriumhydroxid wird häufig in Flaschen für den Einsatz in kleinen Labors, in mittelgroßen Behältern für den Güterumschlag und -transport oder in großen stationären Lagertanks mit einem Volumen von bis zu 100.000 Gallonen für Produktions- oder Abwasseranlagen mit umfangreicher NaOH-Verwendung gelagert. Zu den gängigen Materialien, die mit Natriumhydroxid verträglich sind und häufig für die Lagerung von NaOH verwendet werden, gehören: Polyethylen (HDPE, üblich, XLPE, weniger üblich), Kohlenstoffstahl, Polyvinylchlorid (PVC), Edelstahl und glasfaserverstärkter Kunststoff (FRP, mit einer widerstandsfähigen Auskleidung).
Geschichte
Natriumhydroxid wurde zuerst von Seifenherstellern zubereitet: Ein Verfahren zur Herstellung von Natriumhydroxid erschien als Teil eines Rezepts zur Seifenherstellung in einem arabischen Buch des späten 13: Al-mukhtara' fi funun min al-suna' (Erfindungen aus den verschiedenen industriellen Künsten), das von al-Muzaffar Yusuf ibn 'Umar ibn 'Ali ibn Rasul (gest. 1295), einem König von Jemen, zusammengestellt wurde. Das Rezept sah vor, dass Wasser wiederholt durch eine Mischung aus Alkali (arabisch: al-qily, wobei qily die Asche von Salzpflanzen ist, die reich an Natrium sind; Alkali war also unreines Natriumkarbonat) und Branntkalk (Kalziumoxid, CaO) geleitet wurde, wodurch eine Natriumhydroxidlösung entstand. Auch die europäischen Seifenhersteller folgten diesem Rezept. Als der französische Chemiker und Chirurg Nicolas Leblanc (1742-1806) 1791 ein Verfahren zur Massenproduktion von Natriumkarbonat patentieren ließ, wurde die natürliche "Soda-Asche" (unreines Natriumkarbonat, das aus der Asche natriumreicher Pflanzen gewonnen wurde) durch diese künstliche Version ersetzt. Im 20. Jahrhundert wurde jedoch die Elektrolyse von Natriumchlorid zur wichtigsten Methode zur Herstellung von Natriumhydroxid.

FAQs

Was ist die CAS-Nummer von Natriumhydroxid?

Die CAS-Nummer von Natriumhydroxid ist 1310-73-2.

CAS-Natriumhydroxid?

Die CAS-Nummer von Natriumhydroxid ist 1310-73 -2.

CAS 1310-73-2?

Die CAS-Nummer 1310-73-2 ist Natriumhydroxid zugeordnet.