Hydroxid sodný

Hydroxid sodný (NaOH) vzniká bouřlivou exotermní reakcí kovového sodíku s vodou za vzniku plynného vodíku; za přítomnosti vzdušného kyslíku vytvářející se vodík vzplane

2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂.

Vzniká také rozpouštěním oxidu sodného ve vodě

Na₂O + H₂O → 2 NaOH.

V roztoku se také uvolňuje ze solí velmi slabých kyselin; příkladem může být hydrolýza alkoholátů sodných, např. ethoxidu (ethanolátu) sodného

CH₃CH₂ONa + H₂O → CH₃CH₂OH + NaOH.

Vzniká také v katodovém prostoru při elektrolýze vodných roztoků sodných solí, především chloridu sodného

2 Na⁺ + 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 NaOH.

Dříve se hydroxid sodný vyráběl tzv. kaustifikačním procesem z vodného roztoku uhličitanu sodného (sody) působením mírného nadbytku hydroxidu vápenatého, přidávaného ve formě suspenze hašeného vápna (vápenného mléka)

Na₂CO₃ + Ca(OH)₂ → 2 NaOH + CaCO₃.

Vznikající velmi málo rozpustný uhličitan vápenatý se oddělil sedimentací, případně následnou filtrací a odpařením vody ze zbývajícího roztoku se získal surový hydroxid sodný. Ten se většinou dále čistil rozpuštěním v ethanolu.

V současné době se veškerý hydroxid sodný vyrábí elektrolytickým rozkladem roztoku chloridu sodného (solanky), přičemž vedlejším produktem elektrolýzy je plynný chlor (tzv. chlor-alkalický proces). Finálním produktem průmyslové prvovýroby hydroxidu sodného je jeho 50% vodný roztok. Pouze menší část se odvodňuje a zpracovává do formy peciček, granulí nebo lístků, zejména pro použití v chemických laboratořích, v chemické malovýrobě a ve farmaceutickém průmyslu.

Elektrolytická výroba používá tří různých metod, kterými se zabraňuje zpětné reakci chlóru s vzniklým hydroxidem.

Při amalgamové metodě se používá Castner-Kellnerův elektrolyzér (vynalezený v roce 1892), kde jako katoda slouží kovová rtuť. Na ní proběhne redukce sodných iontů na elementární sodík

Na⁺ + e⁻ → Na,

který se ve rtuti rozpustí za vzniku kapalného amalgámu. Tím se zabrání okamžité reakci kovového sodíku s vodou na hydroxid sodný; tento rozklad probíhá následně v oddělené reakční prostoře nazývané rozkladač, kam se kapalný amalgam přečerpává. Rtuť zbavená sodíku v rozkladači se pak vrací do elektrolyzéru. Tento postup užívali dva největší čeští výrobci hydroxidu sodného, Spolana, a. s., Neratovice a Spolek pro chemickou a hutní výrobu, a. s., Ústí nad Labem a také více než polovina výrobců chlóru a hydroxidu sodného v Evropské unii. Nevýhodou tohoto postupu je potřeba velmi čisté suroviny, relativně vysoký rozkladný potenciál (a tedy i vyšší nároky na elektrickou energii) a použití toxické rtuti. V zemích Evropské unie se tato metoda již nepoužívá.

Při tzv. diafragmové metodě (z roku 1885), jsou v Griesheimově článku anodový a katodový prostor vzájemně odděleny polopropustnou stěnou, která sice dovolí putovat v elektrostatickém poli malým iontům Na⁺ a molekulám vody, ale zabrání prostupu molekul vznikajícího chlóru Cl₂. Do prostoru anody se kontinuálně přivádí roztok (solanka). Na anodě ionty chloru odevzdávají elektron a mění se na atomární chlor a následně na molekulární chlór, tedy

2 Cl⁻ - 2 e⁻ → 2 Cl → Cl₂,

zatímco na katodě se redukují přibráním elektronu oxoniové kationty na vodík a vodu

2 H₃O⁺ + 2 e⁻ → 2 H₂O + 2 H → 2 H₂O + H₂.

V katodovém prostoru se hromadí sodné kationty Na⁺ a jejich kladný náboj je kompenzován růstem koncentrace záporných hydroxylových aniontů OH⁻, čímž zde efektivně vzniká hydroxid sodný. Odpouštěný roztok obsahuje vedle sebe zbytky rozpuštěného chloridu sodného a vzniklého hydroxidu sodného, které je nutno následně oddělit. Diafragma (polopropustná stěna) je většinou zhotovována z azbestu, který je však ekologicky nevhodný a proto se hledají a zkoušejí jeho jiné náhrady. Nicméně tímto postupem se produkuje asi 75 % hydroxidu sodného v USA. V Evropské unii je podíl této metody asi 10 %.

Nejmodernější a v současnosti nejpoužívanější metodou zavedenou kolem roku 1970, je tzv. membránová metoda, která je modifikací předchozího postupu. Anodový a katodový prostor jsou odděleny ionexovou membránou, která umožňuje přestup pouze kationtům H₃O⁺ a Na⁺. Do prostoru anody se kontinuálně přidává nasycená solanka a odčerpává se ochuzená; naopak do prostoru katody se čerpá zředěný, cca 30% roztok hydroxidu sodného a odčerpává se roztok hydroxidu sodného o koncentraci 32,5 %. Tato metoda je energeticky méně náročná než předchozí a dosahuje vysoké čistoty produktu. Vyžaduje však použití solanky velmi vysoké čistoty (obsah nečistot v řádu jednotek až setin ppm).

V Evropské unii tuto metodu používá asi 85 % výrobních závodů, v Japonsku 90 %. Tato metoda je od roku 2017 zavedena také v ústecké Spolchemii. Tamější provoz je první kompaktní kombinovanou elektrolýzou (produkce hydroxidu sodného a draselného integrované v jedné výrobně) v Evropě i Asii.

Ve vodném roztoku jsou „molekuly“ hydroxidu sodného plně disociovány na sodné ionty a hydroxidové anionty. Vzhledem k tomu je velmi silnou zásadou. Vodný roztok hydroxidu sodného (min. 49%) je bezbarvá čirá viskózní kapalina, která při teplotě pod 10 °C krystalizuje. Bezvodý NaOH je bílá krystalická nebo amorfní látka. Dobře se rozpouští v ethanolu, methanolu a ve vodě, je nerozpustný v diethyletheru. Při rozpouštění se uvolňuje značné množství tepla.

V pevném stavu je vysoce hygroskopický, takže ponechán na vzduchu se velice brzy rozteče na velmi koncentrovaný roztok. Reaguje i s oxidem uhličitým za vzniku uhličitanu sodného

2 NaOH + CO₂ → Na₂CO₃ + H₂O

(tato vlastnost bývala využívána ve starších filtroventilačních jednotkách a systémech s uzavřeným koloběhem vzduchu k zachycování oxidu uhličitého; nevýhodou bylo spékání absorpčního činidla, takže dnes je např. při aplikacích v pilotované kosmonautice nahrazován hydroxidem lithným). Podobně reaguje i s jinými plynnými oxidy, např. oxid siřičitý váže jako siřičitan sodný

2 NaOH + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O

což může být využito k odstraňování tohoto jedovatého plynu z ovzduší. S oxidem křemičitým reaguje za vzniku rozpustného ortokřemičitanu sodného

4 NaOH + SiO₂ → Na₄SiO₄ + 2 H₂O.

Protože sklo obsahuje značný podíl oxidu křemičitého, dlouhým působením koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného jeho povrch matní. Zejména závažné je působení NaOH na skleněné laboratorní aparatury, u kterých může dojít k „zamrznutí“ (někdy také uváděn termín „zakousnutí“) skleněných kohoutů, či zabroušených spojů nebo i skleněných zátek u zásobních lahví s roztokem hydroxidu.

S kyselinami tvoří reakcí nazývanou neutralizace soli, např. s chlorovodíkovou (solnou) vzniká chlorid sodný a voda

NaOH + HCl → NaCl + H₂O.

S vícesytnými kyselinami tvoří podle množství normální nebo kyselé soli (hydrogensoli), např. s kyselinou sírovou vytváří nejprve hydrogensíran sodný

NaOH + H₂SO₄ → NaHSO₄ + H₂O

a po dalším přidání hydroxidu síran sodný

NaOH + NaHSO₄ → Na₂SO₄ + H₂O

Podobně reaguje i s organickými (karboxylovými) kyselinami, např. s kyselinou octovou vytváří octan sodný

NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O

(tuto neutralizační reakci lze použít jako nouzovou dekontaminaci pokožky, zasažené roztokem NaOH). Dokonce tvoří soli i s tak slabými organickými kyselinami, jako jsou fenoly, např. s fenolem dává fenolát sodný

NaOH + C₆H₅-OH → C₆H₅-ONa + H₂O.

Železo, měď a většinu ušlechtilých kovů hydroxid sodný nerozpouští, zato s amfoterními kovy reaguje za vývinu vodíku a tvorby solí. Např. kovový hliník se v koncentrovaném roztoku NaOH rozpouští za vzniku hlinitanu sodného

2 Al + 6 NaOH → 3 H₂ + 2 Na₃AlO₃.

Podobně reaguje se zinkem za vzniku zinečnatanu sodného

Zn + 2 NaOH → H₂ + Na₂ZnO₂.

Obě uvedené soli lze získat i působením nadbytku hydroxidu sodného na jiné soli těchto kovů, např.

ZnCl₂ + 4 NaOH → 2 NaCl + Na₂ZnO₂.

Hydroxid sodný reaguje i s některými nekovy. Např. s fosforem dává fosfornan sodný

2 P + 2 NaOH + 2 H₂O → 2 NaH₂PO₂ + H₂,

s křemíkem ortokřemičitan sodný

Si + 4 NaOH → Na₄SiO₄ + 2 H₂.

Průmyslově důležitou reakcí je působení hydroxidu sodného na estery organických kyselin, při nichž se tyto organické sloučeniny štěpí na alkoholy a volné kyseliny, které se okamžitě mění na jejich sodné soli. Tento proces se nazývá zmýdelňování. Např. působením vodného roztoku NaOH na ethylacetát získáme ethanol a octan sodný

CH₃CO–O–CH₂CH₃ + NaOH → CH₃COONa + CH₃CH₂OH.

Zmýdelňování esterů vyšších mastných kyselin neboli tuků a olejů je chemickou podstatou výroby mýdla a glycerolu.

Působením na soli jiných kovů dochází k výměně iontů těchto kovů za sodík a k tvorbě hydroxidů. Např. působením NaOH na síran hlinitý získáme hydroxid hlinitý

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

používaný ve vodárenství k čeření vody.

Hydroxid sodný má velice široké použití v chemickém průmyslu (výroba mýdel a dalších povrchově aktivních látek, příprava dalších sloučenin sodíku, jako reakční složka při organických a anorganických syntézách), v textilním průmyslu, v průmyslu celulózy a papíru, v hutnictví a hliníkárenství, ve vodárenství při úpravách pitné vody. V potravinářském průmyslu se užívá při zpracování tuků a olejů, ale také jako dezinfekční činidlo pro vymývání strojů. V domácnostech se dá užít při čištění odpadních potrubí a při praní.

V chemických laboratořích se používá kalibrovaný roztok hydroxidu sodného jako titrační činidlo při kvantitativním stanovování obsahu kyselin ve vzorcích.

Hydroxid sodný silně leptá veškeré tkáně v organismu. Zmýdelňuje tuky, koaguluje bílkoviny, odnímá z tkání vodu. Při požití způsobuje zejména poleptání jícnu (nikoli žaludku jako u kyselin; při větších požitých množstvích však může být vážně poleptán i žaludek a tenké střevo), s rizikem nekrózy, žilní trombózy nebo až perforace jícnu. Častá jsou pozdější zúžení jícnu, komplikující polykání potravy. Mohou se vyskytnout i pozdní následky (po řadě let od poleptání) v podobě rakoviny jícnu, a to v 0,8 až 4 % případů. Velmi vážné následky způsobuje hydroxid sodný při zasažení očí, rychle proniká do rohovky a přední oční komory, i přes zdánlivě malé časné příznaky může způsobit slepotu.^[2]

Hydroxid sodný není sice hořlavý ani výbušný, ale je to velmi silná žíravina a zdraví škodlivá látka. Při poleptání okamžitě omývejte napadené místo pokožky proudem studené vody a následně neutralizujte poleptané místo slabou kyselinou (zředěný ocet nebo kyselina citronová). Při zasažení očí se nesmí nikdy neutralizovat,^[3] pouze neustále vymývat vodou. Pokud se jedná o poleptání většího rozsahu, zasažení očí či přetrvávající zdravotní potíže, navštivte ihned lékaře.

• VOHLÍDAL, JIŘÍ; ŠTULÍK, KAREL; JULÁK, ALOIS. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5. 

•   Obrázky, zvuky či videa k tématu hydroxid sodný na Wikimedia Commons
• Stránky sdružení evropských výrobců chlóru a hydroxidů Eurochlor