Хлорид натрия / ˌ s oʊ d i ə m ˈ k l ɔːr aɪ d / , [8] широко известный как поваренная соль , представляет собой ионное соединение с химической формулой NaCl , представляющее соотношение ионов натрия и хлорида 1: 1 . Хлорид натрия — соль, наиболее ответственная за соленость морской воды и внеклеточной жидкости многих многоклеточных организмов . В съедобной форме он обычно используется в качестве приправы и пищевого консерванта . Большие количества хлорида натрия используются во многих промышленных процессах и являются основным источником соединений натрия и хлора , используемых в качестве сырья для дальнейшего химического синтеза . Еще одно важное применение хлорида натрия — противообледенение дорог в минусовую погоду.
В дополнение к привычному использованию соли в домашних условиях, более доминирующие области применения соли, производимой примерно 250 миллионами тонн в год (данные за 2008 год), включают химические вещества и противообледенительную обработку. [9]
Соль прямо или косвенно используется в производстве многих химических веществ, на которые потребляется большая часть мировой продукции. [10]
Это отправная точка хлорщелочного процесса , промышленного процесса производства хлора и гидроксида натрия , согласно химическому уравнению.
Этот электролиз проводится либо в ртутной ячейке, либо в диафрагменной ячейке, либо в мембранной ячейке. В каждом из них используется свой метод отделения хлора от гидроксида натрия. Другие технологии находятся в стадии разработки из-за высокого энергопотребления электролиза, поэтому небольшое повышение эффективности может иметь большую экономическую отдачу. Некоторые области применения хлора включают производство термопластов ПВХ , дезинфицирующих средств и растворителей.
Гидроксид натрия широко используется во многих различных отраслях промышленности, позволяя производить бумагу, мыло, алюминий и т. Д.
Хлорид натрия используется в процессе Сольве для производства карбоната натрия и хлорида кальция . Карбонат натрия, в свою очередь, используется для производства стекла , бикарбоната натрия и красителей , а также множества других химических веществ. В Мангеймском процессе хлорид натрия используется для производства сульфата натрия и соляной кислоты .
Хлорид натрия широко используется, поэтому даже относительно небольшие применения могут потреблять огромные количества. При разведке нефти и газа соль является важным компонентом буровых растворов при бурении скважин. Он используется для флокуляции и увеличения плотности бурового раствора для преодоления высокого давления газа в скважине. Всякий раз, когда бур попадает в солевой пласт, в буровой раствор добавляется соль для насыщения раствора и минимизации растворения в соляном пласте. [9] Соль также используется для ускорения затвердевания бетона в цементированных колоннах. [10]
В текстиле и крашении соль используется в качестве промывки солевым раствором для отделения органических загрязнений, для содействия «высаливанию» осадков красителей и для смешивания с концентрированными красителями для их стандартизации [ необходимо разъяснение ] . Одна из его основных функций — обеспечить положительный заряд ионов, способствующий поглощению отрицательно заряженных ионов красителей. [10]
Для использования в целлюлозно-бумажной промышленности он используется для производства хлората натрия , который затем подвергается реакции с серной кислотой и восстановителем, таким как метанол , для производства диоксида хлора , отбеливающего химиката, который широко используется для отбеливания древесной массы .
При дублении и обработке кожи в шкуры животных добавляют соль, чтобы подавить микробную активность на нижней стороне шкур и вернуть влагу обратно в шкуры. [10]
В производстве каучука соль используется для изготовления буна , неопрена и белого каучука. Соляной раствор и серная кислота используются для коагуляции эмульгированного латекса , изготовленного из хлорированного бутадиена . [10] [9]
Соль также добавляют для закрепления почвы и придания прочности фундаменту, на котором строятся дороги. Соль минимизирует последствия смещения, вызванного изменениями влажности и транспортной нагрузки. [10]
Жесткая вода содержит ионы кальция и магния, которые мешают действию мыла и способствуют образованию накипи или пленки щелочных минеральных отложений в домашнем и промышленном оборудовании и трубах. В коммерческих и бытовых установках для смягчения воды используются ионообменные смолы для удаления ионов, вызывающих жесткость. Эти смолы производятся и регенерируются с использованием хлорида натрия. [10] [9]
Второе важное применение соли – это удаление и противообледенение дорог, как в бункерах для песка , так и при разбрасывании с помощью транспортных средств зимнего обслуживания . В ожидании снегопада дороги оптимально «противообледенить» рассолом (концентрированным раствором соли в воде), который предотвращает слипание снега-льда с дорожным покрытием. Эта процедура позволяет избежать интенсивного использования соли после снегопада. Для борьбы с обледенением используются смеси рассола и соли, иногда с дополнительными агентами, такими как хлорид кальция и/или хлорид магния . Использование соли или рассола становится неэффективным при температуре ниже -10 ° C (14 ° F).
Соль для борьбы с обледенением в Соединенном Королевстве в основном добывается на единственной шахте в Уинсфорде в Чешире . Перед раздачей ее смешивают с <100 ppm ферроцианида натрия в качестве средства, препятствующего слеживанию , что позволяет каменной соли свободно вытекать из песколовки, несмотря на то, что она была складирована до использования. В последние годы эту добавку стали использовать и в поваренной соли. В дорожной соли использовались и другие добавки, чтобы снизить общие затраты. Например, в США раствор побочного углеводного продукта переработки сахарной свеклы смешивался с каменной солью и прилипал к дорожному покрытию примерно на 40% лучше, чем отдельно взятая каменная соль. Поскольку он оставался в пути дольше, лечение не пришлось повторять несколько раз, что позволило сэкономить время и деньги. [10]
С точки зрения физической химии минимальная температура замерзания водно-солевой смеси составляет -21,12 ° C (-6,02 ° F) для 23,31 мас.% соли. Однако замерзание вблизи этой концентрации происходит настолько медленно, что эвтектическая точка -22,4 ° C (-8,3 ° F) может быть достигнута при содержании около 25% соли. [11]
Дорожная соль попадает в пресноводные водоемы и может нанести вред водным растениям и животным, нарушая их способность к осморегуляции . [12] Повсеместное присутствие соли в прибрежных районах создает проблему при нанесении любого покрытия , поскольку захваченные соли вызывают большие проблемы с адгезией. Военно-морские власти и судостроители контролируют концентрацию соли на поверхностях во время строительства. Максимальная концентрация соли на поверхностях зависит от авторитета и применения. Чаще всего используются правила ИМО , которые устанавливают максимальный уровень растворимых солей в 50 мг/м 2 в пересчете на хлорид натрия. Эти измерения проводятся с помощью теста Бресле . Засоление (повышение солености, также известное как синдром засоления пресной воды ) и последующее усиление выщелачивания металлов является постоянной проблемой на всей территории Северной Америки и европейских пресноводных путей. [13]
При борьбе с обледенением шоссе соль вызывает коррозию мостовых настилов, автомобилей, арматуры и проволоки, а также незащищенных стальных конструкций, используемых в дорожном строительстве. Поверхностный сток , разбрызгивание транспортных средств и соль, переносимая ветром, также влияют на почву, придорожную растительность, а также на местные поверхностные и подземные воды. Хотя доказательства воздействия соли на окружающую среду были обнаружены во время пикового использования, весенние дожди и оттепели обычно снижают концентрацию натрия в районе, где применялась соль. [10] Исследование 2009 года показало, что примерно 70% дорожной соли, вносимой в районе метро Миннеаполис-Сент-Пол, остается в местном водоразделе. [14]
Некоторые агентства заменяют дорожную соль пивом , патокой и свекольным соком. [15] Авиакомпании используют для борьбы с обледенением больше гликоля и сахара , чем растворов на основе соли . [16]
Соль добавляется в пищу либо производителем, либо потребителем в качестве усилителя вкуса, консерванта, связующего вещества, добавки, контролирующей ферментацию , агента, контролирующего текстуру, и проявителя цвета. Потребление соли в пищевой промышленности подразделяется в порядке убывания потребления на прочую продукцию пищевой промышленности, мясоперерабатывающую, консервную , хлебопекарную, молочную и зерноперерабатывающую продукцию. Соль добавляют для улучшения цвета бекона, ветчины и других обработанных мясных продуктов. В качестве консерванта соль подавляет рост бактерий. Соль действует как связующее вещество в колбасах , образуя связующий гель, состоящий из мяса, жира и влаги. Соль также действует как усилитель вкуса и смягчающее средство . [10]
Он используется как дешевый и безопасный осушитель из-за его гигроскопических свойств, что исторически делает засолку эффективным методом консервирования пищевых продуктов ; соль вытягивает воду из бактерий посредством осмотического давления , предотвращая ее размножение, что является основным источником порчи продуктов питания. Несмотря на то, что доступны более эффективные осушители, лишь немногие из них безопасны для человека. Многие микроорганизмы не могут жить в соленой среде: вода вытягивается из их клеток путем осмоса . По этой причине соль используется для консервирования некоторых продуктов, таких как бекон, рыба или капуста.
Во многих молочных отраслях соль добавляют в сыр как средство контроля цвета, ферментации и текстуры. В молочный подсектор входят предприятия, производящие сливочное масло, сгущенное и сгущенное молоко, замороженные десерты, мороженое, натуральные и плавленые сыры, а также специализированные молочные продукты. При консервировании соль в первую очередь добавляют в качестве усилителя вкуса и консерванта . Он также используется в качестве носителя для других ингредиентов, обезвоживающего агента, ингибитора ферментов и тендеризатора. При выпечке соль добавляют, чтобы контролировать скорость брожения хлебного теста. Он также используется для усиления клейковины (эластичного белково-водного комплекса в некоторых видах теста) и в качестве усилителя вкуса, например, в качестве начинки для выпечки. В категорию пищевой промышленности также входят продукты мукомольного производства. Эти продукты состоят из муки и риса, а также из зерновых продуктов для завтрака и смешанной или готовой муки. Соль также используется в качестве приправы, например, в картофельных чипсах, кренделях с солью , а также в кормах для кошек и собак. [10]
Хлорид натрия используется в ветеринарии как средство, вызывающее рвоту . Его дают в виде теплого насыщенного раствора. Рвота также может быть вызвана попаданием в глотку небольшого количества простой соли или кристаллов соли.
Хлорид натрия используется вместе с водой как один из основных растворов для внутривенной терапии . Назальный спрей часто содержит солевой раствор.
Хлорид натрия является основным огнетушащим веществом в огнетушителях (Met-LX, Super D), используемых при пожаре горючих металлов, таких как сплавы магния, калия, натрия и NaK (класс D). В смесь добавляют термопластичный порошок вместе с гидроизоляционными (стеаратами металлов) и противослеживающими агентами (трикальцийфосфат) для образования огнетушащего вещества. Когда ее прикладывают к огню, соль действует как радиатор, рассеивая тепло от огня, а также образует корку, исключающую кислород, чтобы затушить огонь. Пластиковая добавка плавится и помогает корке сохранять целостность до тех пор, пока горящий металл не остынет ниже температуры воспламенения. Этот тип огнетушителя был изобретен в конце 1940-х годов как патронный огнетушитель, хотя сейчас популярны версии с запасом давления. Обычные размеры: портативный — 30 фунтов (14 кг) и колесный — 350 фунтов (160 кг). [ нужна цитата ]
По крайней мере, со средневековых времен люди использовали соль в качестве чистящего средства, натирая домашние поверхности. Он также используется во многих брендах шампуней , зубной пасты и, как правило, для удаления льда с подъездных дорог и участков льда.
Кристаллы NaCl без дефектов имеют оптический коэффициент пропускания около 90% для инфракрасного света, особенно в диапазоне от 200 нм до 20 мкм . Поэтому их использовали в оптических компонентах (окнах и призмах), работающих в том спектральном диапазоне, где существует мало непоглощающих альтернатив и где требования к отсутствию микроскопических неоднородностей менее строгие, чем в видимом диапазоне. Несмотря на недорогую стоимость, кристаллы NaCl мягкие и гигроскопичны – под воздействием окружающего воздуха они постепенно покрываются «инеем». Это ограничивает применение NaCl в сухих средах, в вакуумных сборочных цехах или для краткосрочного использования, например, при создании прототипов. В настоящее время в инфракрасном спектральном диапазоне вместо NaCl используются такие материалы, как селенид цинка (ZnSe), которые механически прочнее и менее чувствительны к влаге.
В твердом хлориде натрия каждый ион окружен шестью ионами противоположного заряда, как и ожидалось по электростатическим причинам. Окружающие ионы расположены в вершинах правильного октаэдра . Говоря языком плотной упаковки , более крупные ионы хлорида (размером 167 мкм [17] ) располагаются в кубическом массиве, тогда как меньшие ионы натрия (116 мкм [17] ) заполняют все кубические промежутки (октаэдрические пустоты) между ними. . Эта же основная структура встречается во многих других соединениях и широко известна как структура NaCl или кристаллическая структура каменной соли. Ее можно представить как гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку с двухатомным базисом или как две взаимопроникающие гранецентрированные кубические решетки. Первый атом расположен в каждой точке решетки, а второй атом расположен посередине между точками решетки вдоль края ГЦК-элементарной ячейки.
Твердый хлорид натрия имеет температуру плавления 801 °C, а жидкий хлорид натрия кипит при 1465 °C. Видеоизображение в реальном времени с атомным разрешением позволяет визуализировать начальную стадию зарождения кристаллов хлорида натрия. [18]
Теплопроводность хлорида натрия в зависимости от температуры имеет максимум 2,03 Вт/(см К) при 8 К (-265,15 °С; -445,27 °F) и снижается до 0,069 при 314 К (41 °С; 106 °) . Ф). Оно также уменьшается при допинге . [19]
2slab.png/1280px-NaCl(H2O)2slab.png)
Из холодных (незамерзающих) растворов соль кристаллизуется с гидратной водой в виде гидрогалита (дигидрат NaCl· 2H2O ) . [21]
В 2023 году было обнаружено, что хлорид натрия под давлением может образовывать гидраты NaCl·8,5H 2 O и NaCl·13H 2 O. [22]
Притяжение между ионами Na + и Cl- в твердом теле настолько сильное, что только сильнополярные растворители, такие как вода, хорошо растворяют NaCl.
При растворении в воде каркас хлорида натрия распадается, поскольку ионы Na + и Cl- оказываются окруженными полярными молекулами воды. Эти растворы состоят из аквакомплекса металла формулы [Na(H 2 O) 8 ] + с расстоянием Na–O 250 пм . Ионы хлорида также сильно сольватированы, каждый из которых окружен в среднем шестью молекулами воды. [23] Растворы хлорида натрия по свойствам сильно отличаются от чистой воды. Точка эвтектики составляет -21,12 ° C (-6,02 ° F) для массовой доли соли 23,31%, а температура кипения насыщенного раствора соли составляет около 108,7 ° C (227,7 ° F). [11]
pH раствора хлорида натрия остается ≈7 из-за чрезвычайно слабой основности иона Cl- , который является сопряженным основанием сильной кислоты HCl. Другими словами, NaCl не влияет на pH системы [24] в разбавленных растворах, где влияние ионной силы и коэффициентов активности незначительно.
Поваренная соль имеет молярное соотношение натрия и хлора 1:1. В 2013 г. были обнаружены соединения натрия и хлорида различной стехиометрии ; было предсказано пять новых соединений (например, Na 3 Cl, Na 2 Cl, Na 3 Cl 2 , NaCl 3 и NaCl 7 ). Существование некоторых из них экспериментально подтверждено при высоких давлениях и других условиях: кубический и ромбический NaCl 3 , двумерный металлический тетрагональный Na 3 Cl и экзотический гексагональный NaCl. [26] Это указывает на то, что соединения, нарушающие химическую интуицию, возможны в простых системах и в условиях, отличных от окружающей среды. [27]
Большая часть соли в мире растворена в океане . Меньшее количество содержится в земной коре в виде водорастворимого минерала галита (каменная соль) , а незначительное количество существует в виде взвешенных частиц морской соли в атмосфере . Эти частицы являются доминирующими ядрами конденсации облаков далеко в море, что позволяет формировать облака в незагрязненном воздухе . [28]
В настоящее время соль массово производится путем испарения морской воды или рассола из соляных колодцев и соленых озер . Добыча каменной соли также является основным источником. Китай является основным поставщиком соли в мире. [10] В 2017 году мировое производство оценивалось в 280 миллионов тонн , причем в пятерку крупнейших производителей (в миллионах тонн) вошли Китай (68,0), США (43,0), Индия (26,0), Германия (13,0) и Канада (13,0). ). [29] Соль также является побочным продуктом добычи калия .
Нейтрализация сильной кислоты и сильного основания дает нейтральную соль.
В эту статью включены общедоступные материалы из Salt (PDF) . Геологическая служба США .
![{\displaystyle {\ce {2 NaCl + 2 H2O -> [электролиз] Cl2 + H2 + 2 NaOH}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6175336b0ecf3b2032d6a60ac2a534b10e6f61f3)
