Хлорат натрия — неорганическое соединение с химической формулой NaClO3 . Это белый кристаллический порошок, который легко растворяется в воде. Он гигроскопичен . Он разлагается при температуре выше 300 ° C , выделяя кислород [4] и оставляя хлорид натрия . Ежегодно производится несколько сотен миллионов тонн, в основном для применения в отбеливании целлюлозы для производства бумаги высокой белизны . [7]
В промышленности хлорат натрия производится электролизом концентрированных растворов хлорида натрия. Все остальные процессы устарели. Процесс получения хлората натрия не следует путать с хлорщелочным процессом , который является промышленным процессом электролитического производства гидроксида натрия и газообразного хлора.
Общую реакцию можно упростить до уравнения:
Сначала хлорид окисляется с образованием промежуточного гипохлорита ClO− , который далее окисляется до хлората по двум конкурирующим путям реакции: (1) анодное образование хлората в пограничном слое между электролитом и анодом и (2) автоокисление гипохлорита в объеме электролита.
При электролизе на катоде образуются водород и гидроксид натрия, а на аноде разряжаются ионы хлора ( часто используется электрод из смешанных оксидов металлов ). Выделяющийся хлор не улетучивается в виде газа, а подвергается гидролизу:
Гидролиз хлора считается быстрым. Образование ионов H + должно сделать пограничный слой на аноде сильно кислым, и это наблюдается при низких концентрациях хлорида. Однако большие концентрации хлорида, как это происходит в промышленных хлоратных ячейках, смещают равновесие гидролиза влево. В пограничном слое концентрация H + недостаточно высока, чтобы обеспечить диффузию в объем электролита. Поэтому водород транспортируется от анода в основном в виде хлорноватистой кислоты, а не H + . Хлорноватистая кислота диссоциирует в объеме электролита, где pH высокий, и ион гипохлорита диффундирует обратно к аноду. Более двух третей гипохлорита расходуется на буферизацию до достижения анода. Оставшаяся часть разряжается на аноде с образованием хлората и кислорода:
Автоокисление хлорноватистой кислоты в объеме электролита протекает по упрощенному общему уравнению:
Ему предшествует диссоциация части участвующей хлорноватистой кислоты:
Реакция требует определенного расстояния от анода, чтобы произойти в значительной степени, где электролит достаточно буферизован гидроксилом, образованным на катоде. Затем гипохлорит реагирует с остальной кислотой:
Помимо анодного расстояния автоокисление также зависит от температуры и pH. Типичная ячейка работает при температурах от 80 °C до 90 °C и pH 6,1–6,4.
Независимо от пути реакции, для получения 1 моль хлората требуется разряд 6 моль хлорида. Однако путь анодного окисления требует 50% дополнительной электроэнергии. Поэтому промышленные ячейки оптимизированы для поддержки автоокисления. Образование хлората на аноде рассматривается как реакция потерь и минимизируется конструкцией.
Другие реакции потерь также снижают выход тока и должны быть подавлены в промышленных системах. Основные потери происходят за счет обратного восстановления гипохлорита на катоде. Реакция подавляется добавлением небольшого количества дихромата ( 1–5 г/л) в электролит. При катодном осаждении образуется пористая пленка гидроксида хрома. Пленка препятствует диффузии анионов к катоду, тогда как доступ катионов и их восстановление облегчаются. Пленка перестает расти сама по себе после достижения определенной толщины. [7]
Основное коммерческое применение хлората натрия — это производство диоксида хлора (ClO 2 ). Наибольшее применение ClO 2 , которое составляет около 95% использования хлората, — отбеливание целлюлозы. Все другие, менее важные хлораты получают из хлората натрия, обычно путем метатезиса соли с соответствующим хлоридом. Все соединения перхлората производятся в промышленности путем окисления растворов хлората натрия электролизом. [7]
Хлорат натрия используется как неселективный гербицид . Он считается фитотоксичным для всех зеленых частей растений. Он также может убивать через поглощение корнями.
Хлорат натрия может использоваться для борьбы с различными растениями, включая ипомею , канадский чертополох , траву Джонсона , бамбук , крестовник и зверобой . Гербицид в основном используется на несельскохозяйственных землях для точечной обработки и для полного контроля растительности на территориях, включая обочины дорог, ограждения и канавы. Хлорат натрия также используется в качестве дефолианта и осушителя для:
При использовании в сочетании с атразином он увеличивает стойкость эффекта. При использовании в сочетании с 2,4-Д эффективность улучшается. Хлорат натрия обладает стерилизующим эффектом для почвы. Смешивание с другими гербицидами в водном растворе возможно в некоторой степени, если они не подвержены окислению.
Продажа хлората натрия в качестве гербицида была запрещена в Европейском Союзе в 2009 году из-за опасности для здоровья, а имеющиеся запасы должны были быть использованы в течение следующего года. [8]
Химические генераторы кислорода , такие как в коммерческих самолетах, обеспечивают пассажиров аварийным кислородом, чтобы защитить их от падения давления в салоне. Кислород вырабатывается путем высокотемпературного разложения хлората натрия: [9]
Тепло, необходимое для инициирования этой реакции, генерируется путем окисления небольшого количества железного порошка, смешанного с хлоратом натрия, и реакция потребляет меньше кислорода, чем производится. Перекись бария ( Ba O 2 ) используется для поглощения хлора , который является второстепенным продуктом при разложении. [10] Заряд воспламенителя активируется путем натягивания аварийной маски. Аналогичным образом, сварочная система Solidox использовала гранулы хлората натрия, смешанные с горючими волокнами, для генерации кислорода.
Хлорат натрия можно смешать с сахарозой, чтобы получить высокоэнергетическое топливо, похожее на порох , которое горит в герметичных помещениях. Вот реакция:
Однако этот хлорат натрия в основном заменяется хлоратом калия . [ необходима ссылка ]
Хлорат натрия может использоваться с соляной кислотой (или также серной кислотой и хлоридом натрия , реакция которых генерирует HCl) для хлорирования ароматических соединений без использования органических растворителей. В этом случае его функция заключается в окислении HCl для получения либо HOCl, либо Cl2 ( в зависимости от pH) in-situ, которые являются активными хлорирующими агентами. [11]
Хлорат натрия токсичен: «дозы в несколько граммов хлората летальны». [7] (ld50 перорально у крыс 1200 мг/кг) Окислительное действие на гемоглобин приводит к образованию метгемоглобина , за которым следует денатурация белка глобина и сшивание белков мембраны эритроцитов с последующим повреждением мембранных ферментов. Это приводит к повышению проницаемости мембраны и тяжелому гемолизу . Денатурация гемоглобина подавляет способность метаболического пути G6PD . Кроме того, этот фермент напрямую денатурируется хлоратом.
Острый тяжелый гемолиз приводит к полиорганной недостаточности , включая ДВС-синдром и почечную недостаточность . Кроме того, существует прямая токсичность для проксимальных почечных канальцев . [12] Лечение будет состоять из обменного переливания крови , перитонеального диализа или гемодиализа . [13]
Хлорат натрия выпускается в виде порошка , спрея и гранул. Смеси хлоратов и органических соединений представляют серьезную опасность взрыва [14]
Продаваемые составы содержат антипирен . Большинство коммерчески доступных хлоратных гербицидов содержат приблизительно 53% хлората натрия, а остальное приходится на депрессант огня, такой как метаборат натрия или фосфаты аммония .
Хлорат натрия является активным ингредиентом в различных коммерческих гербицидах. Некоторые торговые названия продуктов, содержащих хлорат натрия, включают Atlacide, Defol, De-Fol-Ate, Drop-Leaf, Fall, Harvest-Aid, Kusatol, Leafex и Tumbleaf. Соединение может использоваться в сочетании с другими гербицидами, такими как атразин, 2,4-D, бромацил , диурон и метаборат натрия.
Хлорат натрия был широко используемым гербицидом в ЕС до 2009 года, когда он был отозван после решения, принятого в соответствии с положениями Регламента ЕС. Его использование в качестве гербицида за пределами ЕС остается неизменным, как и его использование в других негербицидных применениях, таких как производство биоцидов диоксида хлора и отбеливание целлюлозы и бумаги.
Историк Джеймс Уотсон из Университета Мэсси в Новой Зеландии написал широко известную статью «Значение взрывающихся брюк мистера Ричарда Бакли » [15] [16] о несчастных случаях с хлоратом натрия, когда он использовался в качестве гербицида для борьбы с крестовником в 1930-х годах. [17] Позднее эта статья принесла ему Шнобелевскую премию в 2005 году [18] и легла в основу эпизода «Взрывающиеся штаны» в мае 2006 года сериала «Разрушители мифов » .
