Sodyum Hidroksit – NaOH

Sodyum hidroksit, kostik soda veya sud kostik denir, inorganik bileşiktir. Beyaz bir katı ve oldukça kostik metal tabanlı ve alkali sodyum olarak farklı konsantrasyonda solüsyonlar pelletler veya granüller halinde mevcuttur. Sodyum hidroksit su ile yaklaşık% 50 (kütlece) doymuş çözelti oluşturur.

Sodyum hidroksit; su, etanol ve metanol içinde çözünür. Bu alkali kolaylıkla havadaki nem ve karbon dioksiti emer ve nem ile eriyebilir bir yapıdadır. Sodyum hidroksit, çoğunlukla kağıt hamuru , tekstil, içme suyu, sabun ve deterjan üretiminde güçlü bir kimyasal baz olarak ve bir drenaj temizleyici olarak birçok endüstride kullanılmaktadır. Dünya çapında talep edilen sodyumhidroksit 2004 yılında 51 milyon ton iken günümüzde yaklaşık 60 milyon tondur.

1 Özellikleri

1.1 Fiziksel özellikleri

Saf sodyum hidroksit çözeltisi halinde sıvı olarak temin edildiği gibi granül ve pellet olarak katı biçiminde satılan, beyazımsı  saf hali katı olan kimyasal bir maddedir. Suda oldukça iyi çözünürken etanol ve metanol içinde daha düşük bir çözünürlüğe sahiptir bununla birlikte eter ve diğer polar olmayan çözücüler içinde çözünmez. Sülfürik asit hidrasyonuna benzer şekilde, suda katı sodyum hidroksit çözünmesi sırasında büyük miktarda ısı açığa çıkaran ekzotermik bir reaksiyondur. Elde edilen çözelti genellikle, renksiz ve kokusuzdur, deri ile temas ettiğinde diğer alkalin çözeltiler gibi kayganlık hissi verir.

1.2 Kimyasal özellikleri

1.2.1 Asit ile reaksiyonu

Sodyum hidroksitin protik asit reaksiyonu sonucu su ve tuz,  hidroklorik asit ile reaksiyonu sonucu ise sodyum klorür oluşur:

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

Genel olarak nötrleştirme reaksiyonları basit bir net iyonik denklem ile temsil edilir:

OH⁻(aq) + H⁺(aq) → H₂O(l)

Güçlü bir asit ile reaksiyona sokulması sonucunda ısı açığa çıkaran ekzotermik bir reaksiyondur. Asit-baz reaksiyonları da titrasyon için kullanılabilir. Higroskopiktir, havadan karbon dioksiti emer bu sebeple sodyum hidroksit, birincil standart olarak kullanılır.

1.2.2 Asidik oksitlerle reaksiyonu

Sodyum hidroksit aynı zamanda sülfür dioksit gibi asidik oksitlerle reaksiyona girer. Bu gibi reaksiyonlar genellikle kömürün yakılması sırasında oluşan zararlı asitli gazları (“SO₂” ve “H₂S”) “temizlemek” ve böylece atmosfere salınmalarını önlemek için kullanılır. Örneğin,

2 NaOH + SO₂ → Na₂SO₃ + H₂O

1.2.3 Amfoterik metal ve oksitlerle reaksiyonu

Cam ile ortam sıcaklığında sulu sodyum hidroksit çözeltileri  yavaşça tepkimeye girerek çözünür ve silikatlar oluşturur. Bu nedenle, sodyum hidroksite maruz kalan cam derz ve cam musluklar “donma” eğilimindedir. Şişeler ve cam kaplı kimyasal reaktörler sıcak sodyum hidroksitlere uzun süre maruz kaldıklarında hasar görürler. Sodyum hidroksit, amfoterik özelliklere sahip olmadığı için (yani sadece bazda değil de asit içinde çözünür) demiriaşındırmaz. Bununla birlikte, birkaç geçiş metali sodyum hidroksit ile kuvvetli reaksiyon gösterebilir.

1986’da Birleşik Krallık’taki bir alüminyum kara tankeri yanlışlıkla % 25 sodyum hidroksit çözeltisini taşımak için kullanılması sonucu sodyum hidroksitin basınçlanmasına ve tankere zarar verilmesine neden olmuştur. Basınçlanma, sodyum hidroksit ve alüminyum arasındaki reaksiyonda üretilen hidrojen gazı kaynaklıdır:

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

1.2.4 Presipitan

Sodyum hidroksitin aksine, çoğu geçiş metalinin hidroksitleri çözünmez ve bu nedenle sodyum hidroksit geçiş metali hidroksitlerini çöktürmek için kullanılabilir. Aşağıdaki renkler görülür: mavi-bakır, yeşil-demir (II), sarı / kahverengi-demir (III). Çinko ve kurşun tuzları, Na₂ZnO₂ veya Na₂PbO₂‘nin berrak bir çözeltisi vermek üzere fazla miktarda sodyum hidroksit içerisinde erir.

Alüminyum hidroksit, suyun arıtılmasında partikül maddenin filtrelenmesi için jelatinimsi bir topaklayıcı olarak kullanılır. Alüminyum hidroksit, arıtma tesisinde alüminyum sülfattan sodyum hidroksit veya karbonat ile reaksiyona sokularak hazırlanır.

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

Al₂(SO₄)₃ + 6 NaHCO₃ → 2 Al(OH)₃ + 3 Na₂SO₄ + 6 CO₂

1.2.5 Sabunlaşma

Sodyum hidroksit, esterlerin, amidlerin ve alkilhalojenürlerinbaza dayalı hidrolizi (sabunlaştırmada olduğu gibi) için kullanılabilir. Bununla birlikte, sodyum hidroksitin organik çözücüler içerisinde sınırlı çözünürlüğü daha fazla çözünür olan potasyum hidroksit (KOH) ‘nin sıklıkla tercih edilmesi anlamına gelir. Tavsiye edilmediği halde çıplak elle sodyum hidroksit çözeltisine dokunmak kaygan bir his algılanmasına sebep olur. Bunun nedeni eldeki yağların sabun haline getirilmesidir.

2 Üretim

Sodyum hidroksit, elektrolitik klor alkaliprosesi varyasyonları ile endüstriyel olarak  %50 solüsyon olarak üretilmektedir. Klor gazının yan ürün olarak açığa çıktığı bu süreçte de katı sodyum hidroksit çözeltiden suyun buharlaştırılmasıyla elde edilir. Katı sodyum hidroksit, çoğunlukla pellet, granül ve dökme bloklar halinde satılmaktadır.

2004 yılında, dünya üretimi 60 milyon metrik ton kuru sodyum hidroksit iken talebin 51 milyon ton olmuştur. 1998’de toplam dünya üretimi 45 milyon ton civarındadır. Kuzey Amerika ve Asya’nın her biri yaklaşık 14 milyon ton katkıda bulunurken, Avrupa yaklaşık 10 milyon ton üretmişir. Amerika Birleşik Devletleri’nde, sodyum hidroksitin başlıca üreticisi, Teksas, Freeport’tan ve Louisiana’daki Plaquemine’deki tesislerden yıllık üretiminin yaklaşık 3,7 milyon ton olan Dow ChemicalCompany’dir. Diğer büyük ABD üreticileri Oxychem, PPG, Olin, Pioneer Companies, Inc. (Olin tarafından satın alınan PIONA) ve Formosa’yı içermektedir ve b u şirketlerin tümü kloralkali  prosesini kullanmaktadır.

Tarihsel olarak sodyum hidroksit, metatez reaksiyonu ile sodyum karbonatın kalsiyum hidroksit ile muamele edilmesiyle üretilir. Bu işleme kostikleştirici denir.

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

Bu süreç, 19. yüzyılın sonlarında Solvay süreci olarak, bu süreçte bugün kullandığımız kloralkali süreci olarak değiştirilmiştir. Sodyum hidroksit ayrıca saf sodyum metalinin su ile birleşmesi ile üretilir. Yan ürünler hidrojen gazı ve ısıdır ve çoğu kez alev alması ile sonuçlanır. Bununla birlikte; sodyum metalin izolasyonu tipik olarak sodyum hidroksit de dahil olmak üzere sodyum bileşiklerinin indirgenmesi ya da elektrolizi ile gerçekleştirildiğinden ticari açıdan uygulanabilir değildir.

3 Kullanım Alanları

Sodyum hidroksit, endüstride kullanılan bilindik kuvvetli bir bazdır. Üretilen sodyum hidroksitin yaklaşık % 56’sı endüstri tarafından kullanılırken, % 25’i kağıt endüstrisinde kullanılmaktadır. Sodyum hidroksit, sodyum tuzları ve deterjanlar, pH düzenlenmesi ve organik sentez üretiminde ve alüminyum üretiminin Bayer sürecinde de kullanılır. Toplu halde çoğunlukla sulu bir çözelti olarak ele alınır, çünkü çözeltileri daha ucuzdur ve kullanımı daha kolaydır.

Sodyum hidroksit, bir karışımın alkalitesini arttırmak veya asitleri nötralize etmek için arzu edilen birçok durumda kullanılır. Örneğin, petrol endüstrisinde, sodyum hidroksit, bentonit çamur sistemlerinde alkaliliği artırmak, çamur viskozitesini artırmak ve herhangi bir asit gazı (hidrojen sülfid ve karbon dioksit gibi) nötralize etmek için sondaj çamurunda bir katkı maddesi olarak kullanılır.

Düşük kaliteli ham yağ, kostik yıkama olarak bilinen bir süreçte sülfürlü yabancı maddeleri uzaklaştırmak için sodyum hidroksit ile işlenebilir. Yukarıdaki gibi, sodyum hidroksit, çıkarılabilir, uçucu olmayan sodyum tuzları üretmek için hidrojen sülfit ve merkaptanlar gibi zayıf asitlerle reaksiyona girer. Oluşan atığıntoksik ve başa çıkılması zor bir malzeme olması sebebiyle birçok ülkede bu süreç yasaklanmıştır. 2006’da Trafigura bu süreci kullanılmış oluşan atık ise Afrika’ya atılmıştır.

3.1 Kimyasal kağıt hamuru oluşturma

Sodyum hidroksit, kağıt veya rejenere lifler yapmak için odunun hamur haline getirilmesinde yaygın olarak kullanılır. Sodyum sülfürle birlikte, sodyum hidroksit, kraft sürecinde selüloz liflerinden lignini ayırmak için kullanılan beyaz likör solüsyonunun önemli bir bileşenidir. Aynı zamanda, kıvırma işleminden kaynaklanan kahverengi hamurun ağartılma sürecinin birkaç sonraki aşamasında önemli bir rol oynar. Bu safhalar arasında, oksijen tasfiyesizleştirme, oksidatifekstraksiyon ve basit ekstraksiyon yer alır; bunların hepsi, aşamaların sonunda pH>10.5 olan güçlü bir alkalin ortam gerektirir.

3.2 Doku sindirimi

Benzer şekilde, sodyum hidroksit, çiftlik hayvanlarında dokuları sindirmek için kullanılır. Bu işlem, kapalı bir odaya bir karkas yerleştirilerek ardından sodyum hidroksit ve su (eti sağlam tutan kimyasal bağları koparan) karışımının eklenmesini içerir. Bu işlem sonucunda sonuçta vücud kahve benzeri bir görünüşe sahip sıvı haline getirir ve geriye sadece parmak uçları arasında ezilebilen kıvama gelen kemik gövde kalır. Sodyum hidroksit, hayvan imha yüklenicileri tarafından taşıtlar tarafından ezilen hayvanların ayrışma sürecinde sıkça kullanılır.Düşük maliyeti ve bulunabilirliği nedeniyle, cesetlerin suçlular tarafından elden çıkarılması için kullanılmıştır. İtalyan seri katil LeonardaCianciulli, ölü bedenleri sabun haline getirmek için bu kimyasal maddeyi kullanmıştır. Meksika’da, uyuşturucu kartelleri için çalışan bir adam, 300’den fazla bedeni bu şekilde bertaraf ettiğini itiraf ettmıştir.

3.3 Amfoterik metaller ve bileşikleri eritilmesi

Kuvvetli bazlar alüminyumu aşındırır. Sodyum hidroksit hidrojen gazı  açığa çıkartarak alüminyum ve su ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonda sodyum hidroksit, çözeltiyi alkali hale getirmek için bir ajan olarak görev yapar. Bu reaksiyon, aşındırma, anodizasyonu giderme veya cilalanmış bir yüzeyi saten benzeri bir renge dönüştürme için kolaylıkla kullanılabilir. Ancak anotlama veya alodinasyon gibi daha fazla pasifleştirme olmaksızın yüzey normal kullanımda veya şiddetli atmosferik koşullarda bozunabilir.

Elektrolitik Hall-Héroult işlemi ile alüminyum metal üretmek için kullanılan hammadde olan alümina (alüminyum oksit) , Bayer prosesindesodyum hidroksit alümin içeren cevherleri (boksit) rafine etmek için kullanılması ile elde edilir. Alüminyum amfoterik olduğu için, sodyum hidroksit içerisinde erir, yüksek oksijenli çamur formundaki demir oksitler gibi yüksek pH’da yabancı maddeleri daha az çözünür. Diğer amfoterik metaller çinko ve kurşun olup, konsantre sodyum hidroksit çözeltileri içinde çözünerek sırasıyla sodyum zinkat ve sodyum plumbat verirler.

3.4 Esterifikasyon ve transesterifikasyon reaktifi

Sodyum hidroksit, geleneksel olarak sabun yapımında (soğuk işlem sabunu, sabunlaştırma) kullanılır. On dokuzuncu yüzyılda depolamak ve taşımak daha kolay olduğu için sıvı ürün yerine sert bir  tabaka halinde üretilmiştir. Biyodizel üretimi için sodyum hidroksit, metanol ve trigliseritlerin transesterifikasyonu için bir katalizör olarak kullanılır. Su ile birleşince yağ metanla kirlenmiş sabun haline geleceği için bu susuz sodyum hidroksit ile faydalı bir şekilde kullanılabilmektedir. NaOH, daha ucuz olduğu ve daha az bir miktara ihtiyaç duyduğu için potasyum hidroksitten daha sık kullanılır.

3.5 Gıda alanında kullanımları

Sodyum hidroksit, meyve ve sebzelerin yıkanması veya kimyasal soyulması, çikolata ve kakao işlemesi, karamel boyama üretimi, kümes hayvanlarının haşlanması, meşrubat işleme ve yoğunlaştırıcı dondurma gibi alanlarda gıda amaçlı kullanılır. Zeytinler genellikle yumuşaması için sodyum hidroksit ile ıslatılır. Evde kullanım için az miktarda gıda sınıfı sodyum hidroksit elde etmenin zorluğu nedeniyle sodyum hidroksit yerine sodyum karbonat sıklıkla kullanılmaktadır.

3.6 Temizlik Maddesi

Sodyum hidroksit genellikle “kostik” olarak adlandırılan endüstriyel temizlik maddesi olarak sıklıkla kullanılır. Suya ilave edilir, ısıtılır ve daha sonra proses ekipmanı, depolama tankları vs. temizlemek için kullanılır. Yağ, yağlar, katı yağlar ve protein bazlı çökeltileri çözebilir. Ev eşyalarındaki lavabolar ve drenlerin altındaki atık deşarj borularını temizlemek için de kullanılır. Çözünmüş maddeleri stabilize etmek ve böylece yeniden çökelmeyi önlemek için yüzey aktif maddeleri sodyum hidroksit solüsyonuna eklenebilir. Sodyum hidroksit emdirme çözeltileri, paslanmaz çelik ve cam fırın temizleyiciler için güçlü bir yağ giderici olarak kullanılır.

Sodyum hidroksitin ortak kullanımı, parça yıkama deterjanları üretmektir. Sodyum hidroksit bazlı yıkayıcı deterjanlar en agresif parçaların yıkama temizleme kimyasallarından bazılarıdır. Sodyum hidroksit esaslı deterjanlar yüzey aktif maddeler, pas önleyiciler ve köpük gidericiler içerir. Parça yıkayıcı, suyu ve deterjanı kapalı bir kabinde ısıtır ve daha sonra ısıtılmış sodyum hidroksit ve sıcak suyun, yağ giderme uygulamaları için kirli parçalara karşı basınç altında püskürtülmesini sağlar.

Sodyum hidroksit kuru kristal biçiminde veya kalın bir sıvı jel şeklinde tıkanmış kanalların blokajını kaldırmak için evde bir tür boşaltma açacağı olarak kullanılır. Alkali, suda çözünür ürünler üretmek için gresleri çözer. Ayrıca, su borularını tıkayabilecek saçlarda bulunan proteinleri de hidroliz eder. Bu reaksiyonlar, sodyum hidroksit ve temizleyicinin diğer kimyasal bileşenleri suda eritildiğinde oluşan ısıdan etkilenir. Bu tür alkalin süpürgeler ve asitli versiyonları oldukça aşındırıcıdır ve çok dikkatli kullanılmalıdır.

3.7 Su arıtma

Sodyum hidroksit bazen su arıtma sırasında suyun pH’sını yükseltmek için kullanılır. pH artışı suyun sıhhi tesisat için daha az korozif olmasını sağlar ve kurşun, bakır ve diğer toksik metallerin içme suyuna karışabilen miktarını azaltır.

3.8 Tarihsel kullanımları

Sodyum hidroksit, karbon monoksit zehirlenmesinin tespiti için kullanılmıştır; bu hastaların kan örnekleri, birkaç damla sodyum hidroksit eklenmesiyle vermilion rengine döner. Bugün karbon monoksit zehirlenmesi CO oksimetre ile tespit edilebilir.

3.9 Çimento karışımları, harçlar, beton, harçları

Bazı çimento karışım plastifiyerlerinde sodyum hidroksit kullanılmaktadır. Homojenleşmemiş çimento karışımlarına yardımcı olur, kumların ve çimentonun ayrışmasını önler, bir karışımda gerekli su miktarını azaltır ve çimento ürününün işlenebilirliğini arttırır, harç olabilecek hale getirilir veya betona dönüşür.

4 Emniyet koşulları

Diğer korozif asitler ve alkaliler gibi, sodyum hidroksit solüsyonu damlaları, kimyasal yanıklara neden olan ve gözlerle temas ettiğinde kalıcı körlüğü indükleyebilen amid hidrolizi ve ester hidrolizi yoluyla canlı dokulardaki proteinleri ve lipitleri kolayca parçalayabilir. Katı alkali, su buharı gibi su varsa, aşındırıcı özelliğini de ifade edebilir. Bu nedenle, bu kimyasal veya çözeltileri kullanırken lastik eldiven, güvenlik kıyafeti ve göz koruması gibi koruyucu ekipmanlar daima kullanılmalıdır. Derideki alkali döküntüleri için standart ilk yardım tedbirleri, diğer korozif maddeler için olduğu gibi, büyük miktarlarda su ile sulamaktır. Yıkama, en az on ila on beş dakika boyunca sürdürülür.

Dahası, sodyum hidroksitin çözülmesi son derece ekzotermiktir ve ortaya çıkan ısı, ısı yanıkları oluşturabilir veya yanıcı maddeleri tutuşturabilir. Asitlerle reaksiyona girdiğinde de ısı üretir. Sodyum hidroksit, temas halinde yanıcı hidrojen gazı üretmek için alkali ile reaksiyona giren alüminyum gibi çeşitli metalleri aşındırıcıdır:

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

Sodyum hidroksit, cama zarar verebilir veya zemin camı bağlarının bağlanmasına neden olabilecek camlar için hafifçe aşındırıcı olması sebeiyle dikkatli bir şekilde depolamak gerekir.