Elhidróxido de sodio (NaOH),hidróxido sódico ohidrato de sodio, también conocido comososa cáustica (en España, México y Guatemala) osoda cáustica (en el resto de Hispanoamérica), es unhidróxidocáustico usado en la industria (principalmente como unabase) en la fabricación depapel,tejidos ydetergentes. Además, se utiliza en laindustria petrolera en la elaboración de lodos de perforación base agua. A nivel doméstico, son reconocidas sus utilidades para desbloquear tuberías de desagües de cocinas y baños, fabricar jabón casero, entre otros.
A temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe la humedad del aire (higroscópico). Es una sustancia manufacturada. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. El hidróxido de sodio es muy corrosivo. Generalmente se usa en forma sólida o como una solución de 50 %.
El hidróxido de sodio es unabase altamente corrosiva que descompone lasproteínas atemperaturas ambientales normales y puede causar graves quemaduras químicas. Es muy soluble enagua y absorbe fácilmente lahumedad y eldióxido de carbono delaire. Forma una serie dehidratos NaOH-nH 2O.[2] El monohidrato NaOH-H 2O cristaliza a partir de soluciones acuosas entre 12,3 y 61,8 °C. El «hidróxido de sodio» disponible en el mercado suele ser este monohidrato, y los datos publicados pueden referirse a él en lugar del compuestoanhidro.
Como uno de los hidróxidos más sencillos, el hidróxido de sodio se utiliza con frecuencia junto con elagua neutra y elácido clorhídrico para demostrar la escala de pH a los estudiantes de química.[3]
El hidróxido de sodio se utiliza en muchas industrias: en la fabricación depulpa ypapel, textiles,agua potable, jabones ydetergentes, y como limpiador de desagües. La producción mundial en 2004 fue de aproximadamente 60 millones de toneladas, mientras que la demanda fue de 51 millones de toneladas.[4]
El hidróxido de sodio puro es un sólido cristalino incoloro que funde a 318 °C (604,4 °F) sin descomponerse, y con un punto de ebullición de 1388 °C (2530,4 °F). Es altamente soluble en agua, con una menor solubilidad en disolventes polares comoetanol ymetanol.[5] El NaOH es insoluble en éter y otros disolventes no polares.
De forma similar a la hidratación delácido sulfúrico, ladisolución del hidróxido de sodio sólido en agua es una reacción altamenteexotérmica[6] en la que se libera una gran cantidad de calor, lo que supone una amenaza para la seguridad por la posibilidad de salpicaduras. La solución resultante suele ser incolora e inodora. Como ocurre con otras soluciones alcalinas, se siente resbaladiza al contacto con la piel debido al proceso desaponificación que se produce entre el NaOH y los aceites naturales de la piel.
Las soluciones acuosas concentradas (50%) de hidróxido de sodio tienen unaviscosidad característica, 78 mPa-s, que es mucho mayor que la del agua (1,0 mPa-s) y cercana a la del aceite de oliva (85 mPa-s) a temperatura ambiente. La viscosidad del NaOH acuoso, como la de cualquier producto químico líquido, está inversamente relacionada con su temperatura de servicio, es decir, su viscosidad disminuye al aumentar la temperatura, y viceversa. La viscosidad de las soluciones de hidróxido de sodio juega un papel directo en su aplicación, así como en su almacenamiento.[5]
El hidróxido de sodio puede formar varios hidratos NaOH-nH 2O, que dan lugar a un complejo «diagrama de solubilidad» que fue descrito en detalle por Spencer Umfreville Pickering en 1893.[7] Los hidratos conocidos y los rangos aproximados de temperatura y concentración (porcentaje en masa de NaOH) de sus soluciones de aguasaturada son:[2]
Heptahidrato, NaOH-7H 2O: de -28 °C (18,8%) a -24 °C (22,2%).[7]
Pentahidrato, NaOH-5H 2O: de -24 °C (22,2%) a -17,7 (24,8%).[7]
Tetrahidrato, NaOH-4H 2O, forma α: de -17,7 (24,8%) a +5,4 °C (32,5%).[7][8]
Tetrahidrato, NaOH-4H 2O, forma β: metaestable.[7][8]
Trihemihidrato, NaOH-3.5H 2O: de +5,4 °C (32,5%) a +15,38 °C (38,8%) y luego a +5,0 °C (45,7%).[7][2]
Dihidrato, NaOH-2H 2O: de +5,0 °C (45,7%) a +12,3 °C (51%).[7][2]
Monohidrato, NaOH-H 2O: de +12,3 °C (51%) a 65,10 °C (69%) y luego a 62,63 °C (73,1%).[7][9]
Los primeros informes hacen referencia a hidratos conn = 0,5 on = 2/3, pero posteriores investigaciones minuciosas no lograron confirmar su existencia.[9]
Los únicos hidratos con puntos de fusión estables son NaOH-H 2O (65,10 °C) y NaOH-3,5H 2O (15,38 °C). Los demás hidratos, excepto los metaestables NaOH-3H 2O y NaOH-4H 2O (β) pueden cristalizarse a partir de soluciones de la composición adecuada, como se ha indicado anteriormente. Sin embargo, las soluciones de NaOH pueden sobreenfriarse fácilmente muchos grados, lo que permite la formación de hidratos (incluidos los metaestables) a partir de soluciones con diferentes concentraciones.[2][9]
Por ejemplo, cuando se enfría una solución de NaOH y agua con una relación molar de 1:2 (52,6% de NaOH en masa), el monohidrato normalmente empieza a cristalizar (a unos 22 °C) antes que el dihidrato. Sin embargo, la solución puede sobreenfriarse fácilmente hasta -15 °C, momento en el que puede cristalizar rápidamente como dihidrato. Cuando se calienta, el dihidrato sólido puede fundirse directamente en una solución a 13,35 °C; sin embargo, una vez que la temperatura supera los 12,58 °C. suele descomponerse en monohidrato sólido y una solución líquida. Incluso el hidraton = 3,5 es difícil de cristalizar, porque la solución se sobreenfría tanto que otros hidratos se vuelven más estables.[2]
Una solución de agua caliente que contiene un 73,1% (masa) de NaOH es uneutéctico que se solidifica a unos 62,63 °C como una mezcla íntima de cristales anhidros y monohidratos.[10][9]
Una segunda composición eutéctica estable tiene un 45,4% (masa) de NaOH, que se solidifica a unos 4,9 °C en una mezcla de cristales del dihidrato y del 3,5-hidrato.[2]
El tercer eutéctico estable tiene un 18,4% (masa) de NaOH. Se solidifica a unos -28,7 °C como una mezcla de hielo de agua y el heptahidrato NaOH-7H 2O.[7][11]
Cuando se enfrían soluciones con menos del 18,4% de NaOH, el aguahielo cristaliza primero, dejando el NaOH en solución.[7]
La forma α del tetrahidrato tiene una densidad de 1,33 g/cm3. Se funde congruentemente a 7,55 °C en un líquido con 35,7% de NaOH y densidad 1,392 g/cm3, por lo que flota en él como el hielo en el agua. Sin embargo, a unos 4,9 °C puede, en cambio, fundirse incongruentemente en una mezcla de NaOH-3,5H 2O sólido y una solución líquida.[8]
La forma β del tetrahidrato es metaestable, y a menudo se transforma espontáneamente en la forma α cuando se enfría por debajo de -20 °C.[8] Una vez iniciada, la transformación exotérmica se completa en pocos minutos, con un aumento del 6,5% del volumen del sólido. La forma β puede cristalizarse a partir de soluciones sobreenfriadas a -26 °C, y se funde parcialmente a -1,83 °C.[8]
El «hidróxido de sodio» del comercio suele ser el monohidrato (densidad 1,829 g/cm3). Los datos físicos de la literatura técnica pueden referirse a esta forma, en lugar del compuesto anhidro.
El NaOH y su monohidrato forman cristales ortorrómbicos con los grupos espaciales Cmcm (oS8) y Pbca (oP24), respectivamente. Las dimensiones de la celda del monohidrato son a = 1,1825, b = 0,6213, c = 0,6069nm. Los átomos están dispuestos en una estructura de capas parecida a lahidrargilita/O Na O O Na O/... Cada átomo de sodio está rodeado por seis átomos de oxígeno, tres de ellos procedentes de aniones hidroxiloHO− y tres de moléculas de agua. Los átomos de hidrógeno de los hidroxilos forman fuertes enlaces con los átomos de oxígeno dentro de cada capa de O. Las capas de O adyacentes se mantienen unidas porenlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.[12]
El hidróxido de sodio reacciona con los ácidos próticos para producir agua y las sales correspondientes. Por ejemplo, cuando el hidróxido de sodio reacciona con elácido clorhídrico, se formacloruro de sodio:
NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) +H 2O(l)
En general, este tipo de reacciones deneutralización están representadas por una simple ecuación iónica neta:
El hidróxido de sodio también reacciona conóxidos ácidos, como eldióxido de azufre. Este tipo de reacciones se utilizan a menudo para «escrubar» los gases ácidos nocivos (como SO2 y H2S) producidos en la combustión del carbón y así evitar su liberación a la atmósfera. Por ejemplo,
El vidrio reacciona lentamente con soluciones acuosas de hidróxido de sodio a temperatura ambiente para formarsilicatos solubles. Por ello, las juntas y llaves de paso de vidrio expuestas al hidróxido de sodio tienen tendencia a «congelarse». [Los frascos de laboratorio y los reactores químicos revestidos de vidrio resultan dañados por la exposición prolongada al hidróxido de sodio caliente, que también congela el vidrio. El hidróxido de sodio no ataca alhierro a temperatura ambiente, ya que el hierro no tiene propiedades anfóteras (es decir, solo se disuelve en ácido, no en base). Sin embargo, a altas temperaturas (por ejemplo, por encima de los 500 °C), el hierro puede reaccionar endotérmicamente con el hidróxido de sodio para formaróxido de hierro(III),sodio metálico ehidrógeno gaseoso.[13] Esto se debe a la menorentalpía de formación del óxido de hierro(III) (-824,2 kJ/mol) en comparación con el hidróxido de sodio (-500 kJ/mol) y al cambio de entropía positivo de la reacción, que implican espontaneidad a altas temperaturas (ΔST>ΔH, ΔG<0) y no espontaneidad a bajas temperaturas (ΔST<ΔH, ΔG>0). Consideremos la siguiente reacción entre hidróxido de sodio fundido y limaduras de hierro finamente divididas:
4 Fe + 6 NaOH → 2 Fe 2O 3 + 6 Na + 3 H 2
Sin embargo, algunosmetales de transición pueden reaccionar enérgicamente con el hidróxido de sodio en condiciones más suaves.
En 1986, uncamión cisterna de aluminio del Reino Unido se utilizó por error para transportar una solución de hidróxido de sodio al 25%,[14] provocando la presurización del contenido y daños en el petrolero. La presurización se debió al gas hidrógeno que se produce en la reacción entre el hidróxido de sodio y el aluminio:
El hidróxido de sodio se produce industrialmente como una solución al 50% mediante variaciones del procesocloroalcalino electrolítico.[15] En este proceso también se producecloro.[15] A partir de esta solución se obtiene hidróxido de sodio sólido mediante la evaporación del agua. El hidróxido de sodio sólido se vende más comúnmente en forma de copos,prills y bloques fundidos.[4]
En 2004, la producción mundial se estimó en 60 millones de toneladas secas de hidróxido de sodio y la demanda en 51 millones de toneladas.[4] En 1998, la producción mundial total fue de unos 45 millones detoneladas. América del Norte y Asia aportaron cada una unos 14 millones de toneladas, mientras que Europa produjo unos 10 millones de toneladas. En Estados Unidos, el principal productor de hidróxido de sodio es Olin, que tiene una producción anual de unos 5,7 millones detoneladas en las instalaciones deFreeport,Texas, yPlaquemine,Luisiana, St Gabriel, Luisiana, McIntosh, Alabama,Charleston,Tennessee,Niagara Falls,Nueva York, yBecancour,Canadá. Otros grandes productores estadounidenses sonOxychem,Westlake, Shintek yFormosa. Todas estas empresas utilizan elproceso cloroalcalino.[16]
Históricamente, el hidróxido de sodio se producía tratando elcarbonato de sodio con elhidróxido de calcio en unareacción de metátesis que aprovecha el hecho de que el hidróxido de sodio es soluble, mientras que el carbonato de calcio no lo es. Este proceso se denominó caustificación.[17]
Este proceso fue sustituido por elproceso cloroalcalino que se utiliza en la actualidad.
El hidróxido de sodio también se produce combinando sodio metálico puro con agua. Los subproductos son el gas hidrógeno y el calor, que a menudo da lugar a una llama.
2 Na + 2 H 2O → 2 NaOH + H 2
Esta reacción se utiliza comúnmente para demostrar la reactividad de los metales alcalinos en entornos académicos; sin embargo, no es comercialmente viable, ya que el aislamiento del sodio metálico se realiza típicamente por reducción o electrólisis.
Lasferreterías utilizan hidróxido de sodio como un tipo de limpiador de drenaje.
El hidróxido de sodio se usa para fabricarjabones,crayón,papel,explosivos, pinturas y productos depetróleo. También se usa en el procesamiento de textiles de algodón, lavandería y blanqueado, revestimiento de óxidos,galvanoplastia y extracción electrolítica. Se encuentra comúnmente en destapadores de cañerías y limpiadores de hornos. También se usa como eliminador de pintura y por los ebanistas para quitar pintura vieja de muebles de madera.
Se usa en la elaboración tradicional del cocido de laoliva de mesa, sobre todo en variedades de oliva como lamanzanilla y lagordal.
Al ir progresando laelectrólisis se liberan los anionescloruro, y son sustituidos poriones hidróxido que, combinados con los cationes sodio presentes en ladisolución, forman el hidróxido sódico. Los cationes sodio no se reducen asodio metálico, debido a su bajísimopotencial.
Se utiliza una solución de una pequeña porción de sosa diluida en agua en el método tradicional para producirmargarina común, unpretzel y también para elaborar ellutefisk, comida tradicional de los países nórdicos a base de pescado.
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